دیتاشیت LED مید-پاور سری 3020 - ابعاد 3.0x2.0 میلی‌متر - ولتاژ 6.6 ولت - توان 0.5 وات - سفید سرد/خنثی/گرم - مستندات فنی فارسی

مرور محصول

سری 3020 نمایانگر یک راه‌حل LED مید-پاور است که برای کاربردهای روشنایی عمومی طراحی شده و تعادل بهینه‌ای بین بازده نوری، مقرون‌به‌صرفه بودن و قابلیت اطمینان ارائه می‌دهد. این LED که در یک پکیج ترکیب قالب‌گیری اپوکسی تقویت‌شده حرارتی (EMC) قرار دارد، برای ارائه عملکردی پایدار در ابعاد فشرده 3.0x2.0 میلی‌متری مهندسی شده است. این سری با نسبت‌های بالای لومن بر وات و لومن بر دلار مشخص می‌شود و آن را به گزینه‌ای جذاب برای طراحی‌های روشنایی حساس به هزینه اما عملکردگرا تبدیل می‌کند.

موقعیت‌یابی اصلی این محصول در بازارهای روشنایی عمومی نوسازی و ساخت‌های جدید، شامل کاربردهای داخلی و خارجی است. مزایای اولیه آن ناشی از ماده بسته‌بندی EMC است که مدیریت حرارتی برتری نسبت به پلاستیک‌های سنتی ارائه می‌دهد و امکان جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و طول عمر بهبودیافته را فراهم می‌کند. این LED برای توان نامی 0.5 وات درجه‌بندی شده اما تحت شرایط حرارتی مناسب می‌تواند تا 0.8 وات راه‌اندازی شود که انعطاف‌پذیری طراحی را فراهم می‌کند.

بازار هدف طیف وسیعی از بخش‌های روشنایی را در بر می‌گیرد: جایگزین مستقیم لامپ‌های رشته‌ای و فلورسنت سنتی در پروژه‌های نوسازی، منابع نور اولیه برای روشنایی عمومی مسکونی و تجاری، نور پس‌زمینه تابلوها، و روشنایی معماری یا تزئینی که کیفیت رنگ و قابلیت اطمینان در آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

تحلیل عمیق پارامترهای فنی

ویژگی‌های نورسنجی و رنگ

عملکرد الکترواپتیکال تحت شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 60% در جریان راه‌اندازی 80 میلی‌آمپر مشخص شده است. خانواده محصول گزینه‌های دمای رنگ مرتبط (CCT) از سفید گرم (2725K) تا سفید سرد (7040K) را ارائه می‌دهد که در جدول انتخاب محصول به تفصیل آمده است. تمامی گونه‌ها حداقل شاخص بازتاب رنگ (CRI یا Ra) 80 را حفظ می‌کنند که وفاداری رنگ خوبی برای روشنایی عمومی تضمین می‌کند. مقادیر شار نوری معمول در 80 میلی‌آمپر بسته به باین دمای رنگ، از 54 لومن تا 66 لومن متغیر است. توجه به تلرانس‌های اندازه‌گیری ذکر شده حیاتی است: ±7% برای شار نوری و ±2 برای CRI. دمای رنگ (CCT) از نمودار رنگی CIE 1931 استخراج می‌شود.

پارامترهای الکتریکی و حرارتی

پارامترهای الکتریکی کلیدی محدوده عملیاتی LED را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم معمول (VF) در 80 میلی‌آمپر 6.6 ولت است، با تلرانس ±0.1 ولت. حداکثر جریان مستقیم مطلق 120 میلی‌آمپر است، با درجه‌بندی جریان پالسی (IFP) 200 میلی‌آمپر برای پالس‌های ≤100 میکروثانیه و چرخه کاری ≤1/10. حداکثر اتلاف توان (PD) به عنوان 816 میلی‌وات مشخص شده است. قابلیت تحمل ولتاژ معکوس (VR) 5 ولت است.

عملکرد حرارتی برای قابلیت اطمینان حیاتی است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم (RθJ-SP) به طور معمول 21 درجه سانتی‌گراد بر وات است. این پارامتر به طور مستقیم دمای اتصال عملیاتی را به دمای برد مرتبط می‌کند. حداکثر دمای اتصال مجاز (Tj) 115 درجه سانتی‌گراد است. دستگاه دارای زاویه دید گسترده (2θ1/2) 110 درجه است که توزیع نور یکنواخت و وسیعی را فراهم می‌کند. محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) مطابق با مدل بدن انسان (HBM) تا 1000 ولت است.

مقادیر حداکثر مطلق

پایبندی به مقادیر حداکثر مطلق برای قابلیت اطمینان دستگاه غیرقابل مذاکره است. تجاوز از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. این مقادیر عبارتند از: جریان مستقیم (IF): 120 میلی‌آمپر؛ جریان مستقیم پالسی (IFP): 200 میلی‌آمپر؛ اتلاف توان (PD): 816 میلی‌وات؛ ولتاژ معکوس (VR): 5 ولت؛ دمای عملیاتی (Topr): 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای ذخیره‌سازی (Tstg): 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای اتصال (Tj): 115 درجه سانتی‌گراد؛ دمای لحیم‌کاری (Tsld): 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه (وابسته به پروفایل ریفلو).

توضیح سیستم باینینگ

باینینگ رنگ / دمای رنگ (CCT)

LEDها در باین‌های رنگی دقیقی دسته‌بندی می‌شوند تا یکنواختی درون یک چراغ را تضمین کنند. ساختار باینینگ برای مختصات رنگ از یک سیستم بیضوی روی نمودار رنگی CIE 1931 پیروی می‌کند. هر باین (مثلاً 27M5، 30M5) با یک نقطه مرکزی (مختصات x، y)، محور نیمه اصلی (a)، محور نیمه فرعی (b) و یک زاویه چرخش (Φ) تعریف می‌شود. این سیستم با الزامات برنامه Energy Star برای محدوده 2600K تا 7000K همسو است. عدم قطعیت اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ±0.007 است. این باینینگ تنگ، تفاوت‌های رنگی قابل مشاهده بین LEDهای منفرد در یک آرایه را به حداقل می‌رساند.

باینینگ شار نوری

برای مدیریت یکنواختی روشنایی، LEDها همچنین بر اساس خروجی شار نوری خود در 80 میلی‌آمپر باین می‌شوند. شار به کدهایی (E7، E8، E9، F1) دسته‌بندی می‌شود که هر کدام نشان‌دهنده یک محدوده لومن خاص هستند (مثلاً E8: 62-58 لومن، E9: 66-62 لومن، F1: 70-66 لومن). باین شار قابل اعمال برای یک LED معین به باین رنگ آن بستگی دارد. این باینینگ دو بعدی (رنگ و شار) به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که هم با کروماتیسیتی و هم با نیازهای روشنایی کاربردشان مطابقت دارد.

باینینگ ولتاژ مستقیم

ولتاژ مستقیم در سه باین دسته‌بندی می‌شود تا به طراحی درایور و تطبیق جریان در رشته‌های موازی کمک کند. باین‌ها عبارتند از: کد C (6.0 - 5.5 ولت)، کد D (6.5 - 6.0 ولت) و کد E (7.0 - 6.5 ولت)، که در 80 میلی‌آمپر با تلرانس ±0.1 ولت اندازه‌گیری می‌شوند. انتخاب LEDها از یک باین ولتاژ یکسان می‌تواند به تضمین توزیع جریان و عملکرد حرارتی یکنواخت‌تر در سیستم‌های چند LED کمک کند.

تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار کلیدی برای تحلیل طراحی ارائه می‌دهد. نمودار توزیع طیفی نسبی، طیف انتشار را نشان می‌دهد که برای یک LED سفید تبدیل‌شده با فسفر معمول است، با یک قله پمپ آبی و یک انتشار فسفر زرد گسترده. نمودار توزیع زاویه دید، الگوی انتشار شبه لامبرتی با زاویه نیمه 110 درجه را تأیید می‌کند.

ویژگی‌های جریان مستقیم حیاتی هستند. منحنی IF در مقابل شار نوری نسبی نشان می‌دهد که خروجی نور به صورت زیرخطی با جریان افزایش می‌یابد و بازده معمولاً در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش گرما و افت (droop) کاهش می‌یابد. منحنی ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (IV) برای طراحی درایور ضروری است و رابطه نمایی V-I دیود را نشان می‌دهد.

ویژگی‌های دما برای عملکرد در دنیای واقعی حیاتی هستند. نمودار دمای محیط (Ta) در مقابل شار نوری نسبی، کاهش خروجی نور با افزایش دمای محیط (و در نتیجه اتصال) را نشان می‌دهد. منحنی Ta در مقابل ولتاژ مستقیم، ضریب دمای منفی VF را نشان می‌دهد. نمودار دمای اتصال که Ta را در مقابل شار نسبی و ولتاژ مستقیم ترسیم می‌کند، این وابستگی‌های حرارتی را بیشتر روشن می‌سازد. شاید مهم‌تر از همه، منحنی کاهش جریان مستقیم حداکثر در مقابل دمای محیط، حداکثر جریان عملیاتی ایمن را در دماهای محیطی بالا تعیین می‌کند تا از تجاوز از حداکثر Tj معادل 115 درجه سانتی‌گراد جلوگیری شود.

نمودار رنگی CIE، باین‌های رنگ (27M5، 30M5 و غیره) را به صورت بیضی‌هایی روی مکان هندسی جسم سیاه نمایش می‌دهد که مرجع واضحی برای انتخاب رنگ و مرزهای باینینگ فراهم می‌کند.

اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این LED از یک پکیج دستگاه نصب سطحی (SMD) با ابعاد تقریبی 3.0 میلی‌متر طول و 2.0 میلی‌متر عرض استفاده می‌کند. نقشه مکانیکی ابعاد دقیقی از جمله فاصله پدها، ارتفاع قطعه و هندسه پد لحیم را ارائه می‌دهد. تمامی ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس تعریف‌نشده ±0.2 میلی‌متر هستند. نقشه در مقیاس 1:1 برای مرجع دقیق ارائه شده است. پکیج دارای دو ترمینال آند و دو ترمینال کاتد است که تشکیل اتصال لحیم قوی و هدایت حرارتی بهبودیافته به PCB را تسهیل می‌کند. قطبیت به وضوح روی خود پکیج، معمولاً با یک نشانگر کاتد مانند یک شکاف یا علامت سبز، مشخص شده است.

راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب مناسب است. حداکثر دمای لحیم‌کاری به عنوان 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد پیک به مدت 10 ثانیه مشخص شده است که بسته به پروفایل ریفلو خاص مورد استفاده (مثلاً لحیم SnAgCu) متفاوت است. پیروی از یک پروفایل ریفلو توصیه‌شده با نرخ‌های کنترل‌شده افزایش و کاهش دما برای به حداقل رساندن شوک حرارتی و جلوگیری از ترک خوردگی یا لایه‌لایه شدن پکیج ضروری است. سطح حساسیت رطوبت (MSL) در محتوای ارائه شده به صراحت ذکر نشده است، اما برای پکیج‌های EMC، به طور کلی توصیه می‌شود که اگر قطعات قبل از ریفلو برای مدت طولانی در معرض شرایط محیطی قرار گرفته‌اند، پخته شوند تا از "پاپ کورن شدن" جلوگیری شود. ذخیره‌سازی باید در یک محیط خشک و کنترل‌شده در محدوده دمای مشخص شده 40- تا 85+ درجه سانتی‌گراد انجام شود.

توصیه‌های کاربردی

سناریوهای کاربردی متداول

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

ملاحظات طراحی

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مید-پاور سنتی در پکیج‌های PPA (پلی‌فتالامید) یا PCT (پلی‌سیکلوهگزیلن‌دی‌متیلن ترفتالات)، تمایز کلیدی این سری 3020 EMC، عملکرد حرارتی برتر آن است. ماده EMC هدایت حرارتی بالاتری دارد و می‌تواند دمای اتصال بالاتری را بدون زرد شدن یا تخریب تحمل کند. این امر امکان موارد زیر را فراهم می‌کند:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

مطالعه موردی طراحی و استفاده

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

LEDها روی یک MCPCB آلومینیومی نصب می‌شوند. توان کل سیستم تقریباً 24 * 0.528W = ~12.7W خواهد بود. یک درایور جریان ثابت که 80 میلی‌آمپر خروجی می‌دهد و دارای محدوده ولتاژی است که 24 LED سری (24 * ~6.6V = ~158V) را پوشش می‌دهد، انتخاب خواهد شد. شبیه‌سازی حرارتی انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که طراحی MCPCB دمای نقطه لحیم LED را به اندازه کافی پایین نگه می‌دارد تا >90% خروجی لومن اولیه در دمای عملیاتی درجه‌بندی شده چراغ حفظ شود. با مشخص کردن تمام LEDها از باین رنگ 40M5 و یک باین شار واحد (مثلاً F1)، یکنواختی عالی رنگ و روشنایی در سراسر پنل حاصل می‌شود.

معرفی اصل عملکرد

این یک LED سفید تبدیل‌شده با فسفر است. عملکرد اساسی شامل یک تراشه نیمه‌هادی، معمولاً ساخته‌شده از نیترید گالیم ایندیم (InGaN)، است که هنگام بایاس مستقیم (الکترولومینانس) نور آبی ساطع می‌کند. این نور آبی به طور جزئی توسط یک لایه فسفر گارنت آلومینیوم ایتریم دوپ شده با سریم (YAG:Ce) که روی تراشه رسوب داده شده است، جذب می‌شود. فسفر بخشی از فوتون‌های آبی را به طیف گسترده‌ای از نور زرد تبدیل می‌کند (down-convert). ترکیب نور آبی باقی‌مانده و نور زرد ساطع‌شده منجر به درک نور سفید می‌شود. دمای رنگ مرتبط دقیق (CCT) با تغییر ترکیب و ضخامت فسفر کنترل می‌شود. پکیج EMC برای محافظت از دی نیمه‌هادی ظریف و فسفر، ارائه ساختار مکانیکی و مهم‌تر از همه، ارائه یک مسیر اولیه برای هدایت گرما از اتصال به پدهای لحیم و برد چاپی عمل می‌کند.

روندهای فناوری

بخش LED مید-پاور، به ویژه با بسته‌بندی EMC، همچنان در حال تکامل است. روندهای کلیدی قابل مشاهده در این محصول و بازار گسترده‌تر عبارتند از:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

LED EMC 3020 به طور محکمی در این روندها قرار دارد و یک پلتفرم مقرون‌به‌صرفه، کارآمد و از نظر حرارتی قوی برای نسل فعلی راه‌حل‌های روشنایی عمومی ارائه می‌دهد.