برگه مشخصات LED Emitter 3030 - سایز 3.0x3.0x2.53 میلی‌متر - ولتاژ 1.8-2.6 ولت - توان 1.3 وات - مادون قرمز 730 نانومتر - سند فنی فارسی

1. نمای کلی محصول

این بخش مروری جامع بر دیود ساطع‌کننده نور مادون قرمز ارائه می‌دهد و جزئیات طراحی، ویژگی‌های کلیدی و کاربردهای اصلی آن در سیستم‌های نورپردازی مدرن کشاورزی را شرح می‌دهد.

1.1 توضیحات عمومی

این محصول یک دیود ساطع نور (LED) نوع نصب سطحی (SMD) است که از بسته‌بندی کامپوزیت قالب‌گیری اپوکسی (EMC) بهره می‌برد. این فناوری بسته‌بندی، قابلیت اطمینان بهبودیافته، مدیریت حرارتی برتر و عملکردی قوی در محیط‌های طاقت‌فرسا را ارائه می‌دهد. ابعاد فشرده آن 3.00 میلی‌متر طول، 3.00 میلی‌متر عرض و 2.53 میلی‌متر ارتفاع است که آن را برای چیدمان‌های PCB با تراکم بالا مناسب می‌سازد. عملکرد اصلی آن، گسیل نور در طول موج اوج 730 نانومتر است که در طیف قرمز دور قرار دارد؛ ناحیه‌ای که برای پاسخ‌های فوتومورفوژنیک در گیاهان حیاتی است.

1.2 ویژگی‌های کلیدی

• ابعاد فشرده:ابعاد 3.00mm x 3.00mm x 2.53mm.
• طول موج خاص:طول موج اوج گسیل (λp) برابر 730 نانومتر، که هدف آن گیرنده نوری فیتوکروم است.
• مطابقت با RoHS:بدون استفاده از سرب یا دیگر مواد خطرناک محدودشده تولید شده است.
• قابلیت لحیم‌کاری:طراحی‌شده برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی بدون سرب.
• حساسیت رطوبتی:در سطح حساسیت رطوبتی (MSL) 3 رتبه‌بندی شده و در صورت قرارگیری در معرض رطوبت نیاز به کنترل و پخت مناسب دارد.
• بسته‌بندی:در قرقره‌های حاوی 3000 قطعه (تعداد استاندارد در هر قرقره) عرضه می‌شود.
• قابلیت اطمینان بالا:بسته‌بندی EMC عملکرد پایدار تحت شرایط کاری مختلف را تضمین می‌کند.

1.3 سناریوهای کاربردی

این LED به طور خاص برای کاربردهای نورپردازی کشاورزی و باغبانی طراحی شده است که نور قرمز دور در آن‌ها ضروری است. موارد استفاده کلیدی عبارتند از:

• تولید تجاری گل:کنترل چرخه گلدهی و ریخت‌شناسی گیاه.
• آزمایشگاه‌های کشت بافت:ترغیب مراحل رشد خاص در محیط‌های استریل.
• مزرعه‌های عمودی و کارخانه‌های گیاهی:ادغام در دستورالعمل‌های نورپردازی چندطیفی برای بهینه‌سازی تولید محصول در تمام طول سال.
• نورپردازی تکمیلی گلخانه:افزایش دوره نوری یا ارائه کیفیت‌های طیفی خاص برای بهبود رشد و توسعه گیاه.
• نگهداری پس از برداشت:کاربرد در انبارهای سرد برای تأثیرگذاری بالقوه بر تازگی و ماندگاری محصول، هرچند این حوزه‌ای نوظهور از پژوهش است.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

بررسی دقیق ویژگی‌های الکتریکی، نوری و حرارتی تحت شرایط آزمایش استاندارد (Ts=25°C).

2.1 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

جدول زیر پارامترهای عملکرد حیاتی را مشخص می‌کند. جریان آزمایش برای اغلب مشخصات نوری 350 میلی‌آمپر است.

• ولتاژ مستقیم (VF):در جریان 350mA از حداقل 1.8 ولت تا حداکثر 2.6 ولت متغیر است. مقدار معمول مشخص نشده، اما این بازه نشان‌دهنده افت ولتاژ مورد انتظار در قطعه است.
• طول موج اوج (λp):بین 730nm و 740nm تعریف شده است. این محدوده دقیق، خروجی طیفی یکنواخت را برای کاربردهای دقیق کشاورزی تضمین می‌کند.
• شار تابشی کل (Φe):توان نوری کل ساطع‌شده را اندازه‌گیری می‌کند که از 180mW تا 480mW متغیر است. این بازه گسترده مستلزم انتخاب دقیق قطعات برای طراحی کاربرد است.
• زاویه دید (2θ۱/۴):تقریباً 60 درجه، که توزیع زاویه‌ای نور ساطع‌شده را تعریف می‌کند.
• مقاومت حرارتی (R_THJ-S):مقاومت حرارتی اتصال تا نقطه لحیم 14°C/W است. این مقدار برای طراحی مدیریت حرارتی برای جلوگیری از گرمای بیش‌ازحد حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 10µA در ولتاژ معکوس 5V، که نشان‌دهنده ویژگی‌های نشتی دیود است.

2.2 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن توصیه نمی‌شود.

• توان تلف شده (P_D):حداکثر 1.3 وات. این حداکثر توانی است که بسته‌بندی می‌تواند تلف کند.
• جریان مستقیم (I_F):حداکثر جریان DC پیوسته 500mA. امتیاز جریان پالسی ممکن است بالاتر باشد اما در اینجا مشخص نشده است.
• ولتاژ معکوس (V_R):حداکثر 5V. تجاوز از این مقدار می‌تواند سبب شکست شود.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):تحمل 2000 ولت (مدل بدن انسان)، که نشان‌دهنده استحکام متوسط در برابر دستکاری است.
• محدوده‌های دمایی:دمای کاری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای نگهداری از 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد.
• حداکثر دمای اتصال (T_J):حداکثر مطلق 115°C. سیستم باید طوری طراحی شود که دمای اتصال در حین کار به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای زیر این محدودیت باقی بماند.

3. توضیح سیستم طبقه‌بندی (بای‌نینگ)

در حالی که یک کد طبقه‌بندی رسمی به صراحت در سند ارائه نشده است، محدوده‌های پارامتری مشخص‌شده به‌طور مؤثر ساختار طبقه‌بندی را تشکیل می‌دهند. طراحان باید هنگام طراحی مدارها و موتورهای نوری این تغییرات را در نظر بگیرند.

• طبقه‌بندی طول موج:محدوده 740-730 نانومتر برای یک LED قرمز دور نسبتاً باریک است و یکنواختی طیفی حیاتی برای فعال‌سازی فیتوکروم در گیاهان را تضمین می‌کند.
• طبقه‌بندی شار تابشی:محدوده خروجی گسترده (480-180 میلی‌وات) نشان می‌دهد که برای کاربردهایی که نیاز به شدت نور یکنواخت دارند، ممکن است LEDها نیاز به انتخاب یا طبقه‌بندی به زیرگروه‌هایی توسط تولیدکننده یا مونتاژکار داشته باشند.
• طبقه‌بندی ولتاژ مستقیم:محدوده 2.6-1.8 ولت نیاز به توجه در طراحی درایور، به ویژه برای آرایه‌های متصل به صورت سری، برای اطمینان از یکنواختی جریان دارد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

منحنی‌های مشخصه معمول، بینشی از رفتار قطعه تحت شرایط مختلف ارائه می‌دهند.

4.1 ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (منحنی جریان-ولتاژ)

منحنی رابطه غیرخطی معمول دیودها را نشان می‌دهد. در جریان کاری توصیه‌شده 350 میلی‌آمپر، انتظار می‌رود ولتاژ مستقیم نزدیک به مرکز محدوده 2.6-1.8 ولت باشد. این منحنی در انتخاب محدوده ولتاژ مناسب درایور کمک می‌کند.

4.2 شدت نسبی در مقابل جریان مستقیم

این منحنی مشخصه اشباع خروجی نوری را نشان می‌دهد. شدت با جریان افزایش می‌یابد اما ممکن است خطی نباشد، به ویژه هنگامی که اثرات حرارتی در جریان‌های بالاتر قابل‌توجه می‌شوند. عملکرد نزدیک به 350 میلی‌آمپر در ناحیه کارایی به نظر می‌رسد.

4.3 شدت نسبی در مقابل دمای کیس

خروجی با افزایش دمای کیس (T_s) کاهش می‌یابد. این اثر افت حرارتی برای کاربردهای کشاورزی که نیاز به خروجی نور ثابت در دوره‌های طولانی دارند حیاتی است. هیت‌سینک مناسب برای کاهش اتلاف خروجی ضروری است.

4.4 توزیع طیفی

نمودار طیف، قله غالب در 730 نانومتر با عرض کامل در نیمه بیشینه (FWHM) معمول برای LEDهای مبتنی بر AlGaAs را تأیید می‌کند. انتشار در طیف مرئی حداقل است و آن را به یک منبع کاملاً قرمز دور تبدیل می‌کند.

4.5 الگوی تابش

نمودار قطبی یک الگوی تابش لامبرتی‌گونه با زاویه دید 60 درجه را نشان می‌دهد که برای محاسبه توزیع تابش فضایی بر روی تاج پوشش گیاهی مفید است.

4.6 جریان مستقیم در مقابل دمای کیس

این منحنی کاهش امتیاز، نشان می‌دهد که حداکثر جریان مستقیم مجاز با افزایش دمای محیط یا دمای کیس کاهش می‌یابد. این یک نمودار حیاتی برای تعیین شرایط کاری ایمن در محفظه‌های بسته است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد و نقشه‌برداری بسته

نقشه‌های مکانیکی دقیق، ابعاد دقیق قطعه را مشخص می‌کنند.

• نمای بالا/پایین:طرح کلی 3.00mm x 3.00mm را نشان می‌دهد. شناسه کاتد مشخص شده است.
• نمای جانبی:ارتفاع 2.53mm شامل گنبد و پایه‌ها را تأیید می‌کند.
• شناسایی قطبیت:کاتد معمولاً توسط یک بریدگی، پخ یا نشانگر بصری دیگر روی بسته مشخص می‌شود. جهت‌گیری صحیح برای مونتاژ PCB حیاتی است.
• الگوی پد لحیم:ابعاد توصیه‌شده الگوی لند PCB برای اطمینان از تشکیل اتصال لحیم قابل‌اطمینان و تراز مکانیکی مناسب در حین بازجریان ارائه شده است.
• تلرانس‌ها:تمامی تلرانس‌های ابعادی نامشخص ±0.2 میلی‌متر است.

5.2 بسته‌بندی برای مونتاژ خودکار

قطعه در بسته‌بندی نوار و قرقره ارائه می‌شود که با تجهیزات استاندارد برداشت و جایگذاری SMT سازگار است.

• نوار حامل:ابعاد جیب، پیتچ و عرض نوار برای اطمینان از سازگاری با سیستم‌های فیدر مشخص شده است.
• ابعاد قرقره:جزئیات قطر، عرض و اندازه هاب قرقره استاندارد برای تدارکات و تنظیم ماشین ارائه شده است.
• تعداد در بسته:3000 قطعه در هر قرقره واحد بسته‌بندی استاندارد است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 دستورالعمل لحیم‌کاری بازجریانی SMT

این LED برای فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی بدون سرب درجه‌بندی شده است. باید از پروفیل بازجریان معمول پیروی کرد:

• مرحله پیش‌گرم:گرمایش تدریجی برای فعال‌سازی فلاکس و به حداقل رساندن شوک حرارتی.
• ناحیه خیس‌اندن:اجازه تثبیت دما در سراسر PCB را می‌دهد.
• ناحیه بازجریان:دمای اوج نباید از حداکثر تحمل بسته (معمولاً 260°C برای چند ثانیه، اگرچه مقدار دقیق باید از داده‌های کامل پروفیل تأیید شود) تجاوز کند. سطح حساسیت رطوبتی (MSL 3) دیکته می‌کند که اگر بسته باز شود، قطعات باید ظرف 168 ساعت استفاده شده یا قبل از بازجریان پخته شوند.
• خنک‌سازی:خنک‌سازی کنترل‌شده برای تشکیل اتصالات لحیم قابل‌اطمینان.

اجتناب از تنش مکانیکی بیش‌ازحد در حین جایگذاری و اطمینان از اینکه پروفیل لحیم‌کاری از محدودیت‌های حرارتی LED تجاوز نمی‌کند برای جلوگیری از ترک لنز یا لایه‌لایه‌شدگی داخلی حیاتی است.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

در حالی که شماره قطعات خاص مطابق دستورالعمل حذف شده‌اند، مشخصات بسته‌بندی واضح است.

• بسته استاندارد:نوار و قرقره.
• تعداد در هر قرقره:3000 واحد.
• برچسب‌زنی:برچسب‌های قرقره معمولاً شامل شماره قطعه، تعداد، شماره سری ساخت و کد تاریخ برای ردیابی است.
• بسته‌بندی کارتنی:چندین قرقره در جعبه‌های مقوایی برای حمل‌ونقل و نگهداری بسته‌بندی می‌شوند، با جزئیات ابعاد جعبه و تعداد بسته‌بندی.

8. توصیه‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

طراحی مدار:از یک درایور جریان ثابت مناسب برای محدوده ولتاژ مستقیم استفاده کنید. برای اتصالات سری، اطمینان حاصل کنید که محدوده ولتاژ درایور مجموع حداکثر V_Fهمه LEDها به علاوه حاشیه اطمینان را پوشش می‌دهد. اتصال موازی بدون بالانس جریان اضافی توصیه نمی‌شود.

مدیریت حرارتی:مقاومت حرارتی 14°C/W مستلزم یک مسیر حرارتی مؤثر است. از PCB با وایاهای حرارتی کافی و در صورت نیاز، هیت‌سینک خارجی استفاده کنید. دمای نقطه لحیم را برای اطمینان از باقی‌ماندن T_Jزیر 115°C، ترجیحاً پایین‌تر برای طول عمر بیشتر، نظارت کنید.

ادغام نوری:زاویه دید 60 درجه تعادل خوبی بین پراکندگی و شدت پرتو ارائه می‌دهد. برای کاربردهای متمرکز، ممکن است اپتیک ثانویه مورد نیاز باشد. نیازهای طیفی گیاهان هدف را در نظر بگیرید؛ 730 نانومتر اغلب در ترکیب با LEDهای قرمز (660 نانومتر) و آبی برای دستورالعمل‌های طیف کامل استفاده می‌شود.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای نور مرئی استاندارد یا انواع بسته‌بندی قدیمی، این قطعه مزایای خاصی ارائه می‌دهد:

• در مقابل LEDهای بسته‌بندی پلاستیکی:بسته‌بندی EMC مقاومت برتر در برابر رطوبت و تنش حرارتی ارائه می‌دهد که منجر به عمر طولانی‌تر و حفظ خروجی در محیط‌های گلخانه می‌شود.
• در مقابل LEDهای با طیف گسترده‌تر:قله باریک 730 نانومتر، عمل فوتوبیولوژیکی هدفمند را بدون هدر رفت انرژی در طول‌موج‌های استفاده‌نشده ارائه می‌دهد و کارایی سیستم (μmol/J) را بهبود می‌بخشد.
• در مقابل بسته‌بندی‌های بزرگتر:اندایه 3030 امکان آرایه‌های با تراکم بالاتر را فراهم می‌کند و توزیع نور یکنواخت‌تری بر روی تاج پوشش گیاهی را ممکن می‌سازد.

10. سؤالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: جریان کاری معمول چیست؟

ج: در حالی که حداکثر مطلق 500mA است، ویژگی‌های الکتریکی/نوری در 350mA آزمایش شده‌اند که به احتمال زیاد نقطه کاری توصیه‌شده برای عملکرد و طول عمر بهینه است.

س: چگونه بازه گسترده شار تابشی (480-180 میلی‌وات) را تفسیر کنم؟

ج: این نشان‌دهنده تغییرات طبیعی تولید است. برای خروجی نور یکنواخت در یک چراغ، برای گزینه‌های طبقه‌بندی شار با تأمین‌کننده مشورت کنید یا کنترل فیدبک نوری را در سیستم خود پیاده‌سازی کنید.

س: آیا می‌توان از این LED در کارکرد پالسی استفاده کرد؟

ج: برگه اطلاعات امتیازات پالسی را مشخص نمی‌کند. برای راه‌اندازی پالسی (مثلاً برای پژوهش فتوسنتز)، جریان لحظه‌ای ممکن است بالاتر باشد، اما توان متوسط و دمای اتصال نباید از حداکثر مقادیر مجاز تجاوز کنند. آزمایش خاص توصیه می‌شود.

س: طول موج 730 نانومتر برای گیاهان چقدر حیاتی است؟

ج: بسیار خاص است. فیتوکروم، یک گیرنده نوری کلیدی در گیاهان، در دو فرم قابل تبدیل به یکدیگر (Pr و Pfr) وجود دارد. نور 730 نانومتر عمدتاً Pfr را به Pr تبدیل می‌کند و بر فرآیندهایی مانند اجتناب از سایه، آغاز گلدهی و جوانه‌زنی بذر تأثیر می‌گذارد.

11. موارد کاربردی عملی و مثال‌های پیاده‌سازی

مطالعه موردی 1: تولید کاهو در مزرعه عمودی

در یک مزرعه عمودی چندلایه، آرایه‌هایی از این LEDهای 730 نانومتر با LEDهای قرمز 660 نانومتر و آبی 450 نانومتر ترکیب شده‌اند. نور قرمز دور در مرحله نهایی رشد برای ترویج گسترش برگ و کاهش طویل‌شدگی استفاده می‌شود که منجر به تشکیل سر کاهویی فشرده‌تر و بازارپسندتر می‌شود. اندازه بسته 3030 امکان جایگذاری متراکم روی ماژول‌های خطی را فراهم می‌کند و پوشش نور یکنواخت را تضمین می‌نماید.

مطالعه موردی 2: کنترل گلدهی توت فرنگی در گلخانه

در یک گلخانه سنتی، این LEDها به عنوان نورپردازی تکمیلی نصب می‌شوند. با ارائه شدت کم نور 730 نانومتر در پایان روز (نورپردازی انتهای روز)، کشاورزان می‌توانند تعادل فیتوکروم را برای القا و همگام‌سازی گلدهی در گیاهان توت فرنگی دستکاری کنند که منجر به برداشت‌های قابل پیش‌بینی‌تر و پربازده‌تر می‌شود.

12. مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

این یک دیود ساطع نور نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بین آند و کاتد اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی (معمولاً بر پایه آلومینیوم گالیم آرسنید - AlGaAs برای این طول‌موج) بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کند. انرژی گپ نواری خاص ماده نیمه‌هادی، طول‌موج نور گسیل‌شده را تعیین می‌کند. برای 730 نانومتر، انرژی گپ نواری تقریباً 1.7 الکترون ولت است. بسته‌بندی EMC وظیفه محافظت از تراشه نیمه‌هادی حساس، ارائه یک لنز نوری اولیه برای شکل‌دهی پرتو و تسهیل اتلاف حرارت از تراشه را بر عهده دارد.

13. روندهای توسعه در LEDهای نورپردازی کشاورزی

بازار LEDهای کشاورزی به سرعت در حال تحول است. روندهای کلیدی مرتبط با این محصول عبارتند از:

• افزایش کارایی:پژوهش و توسعه مداوم با هدف بهبود کارایی تبدیل برق به نور (شار تابشی به ازای هر وات الکتریکی) LEDهای قرمز دور برای کاهش هزینه عملیاتی چراغ‌های رشد.
• افزایش قابلیت اطمینان:بهبود بیشتر در مواد EMC و سایر مواد بسته‌بندی برای تحمل دما و رطوبت بالاتر و طول عمر حتی طولانی‌تر (اغلب هدف 50,000+ ساعت).
• تنظیم طیفی:در حالی که این یک گسیل‌کننده تک‌رنگ است، علاقه فزاینده‌ای به بسته‌های چندتراشه یا فسفرهای نوین وجود دارد که چندین طول‌موج (مانند قرمز عمیق و قرمز دور) را در یک بسته واحد ترکیب می‌کنند تا طراحی سیستم ساده‌تر شود.
• نورپردازی هوشمند و پویا:ادغام با سنسورها و سیستم‌های کنترلی برای ارائه طیف‌ها و شدت‌های نور متغیر بر اساس نیازهای لحظه‌ای گیاهان، مرحله رشد محصول یا شرایط محیطی. عملکرد یکنواخت قطعاتی مانند این LED 730 نانومتر، پایه‌ای برای چنین سیستم‌های کشاورزی دقیق است.
• استانداردسازی:توسعه استانداردهای صنعتی برای اندازه‌گیری و گزارش معیارهای مرتبط با کشاورزی، مانند شار فوتونی در محدوده چگالی شار فوتونی فتوسنتزی (PPFD) و شار فوتونی خاص برای تابش قرمز دور.