دیتاشیت LED مید-پاور مدل 3020 - ابعاد 3.0x2.0 میلی‌متر - ولتاژ 3.4 ولت - توان 0.5 وات - نور سفید سرد/خنثی/گرم - سند فنی فارسی

مرور کلی محصول

سری 3020 نمایانگر یک راه‌حل LED مید-پاور با عملکرد بالا است که برای کاربردهای روشنایی عمومی طراحی شده است. این LED با استفاده از پکیج تقویت‌شده حرارتی رزین قالب‌گیری اپوکسی (EMC)، تعادل عالی‌ای بین بازده نوری، قابلیت اطمینان و مقرون‌به‌صرفه بودن ارائه می‌دهد. موقعیت اصلی این محصول در بازارهای جایگزینی (رتروفیت) و روشنایی عمومی است و کاربردهایی را هدف قرار می‌دهد که در آن‌ها هم خروجی نوری بالا به ازای هر دلار و هم کیفیت رنگ مطلوب از اهمیت بالایی برخوردار است. مزایای اصلی آن شامل یکی از بهترین نسبت‌های لومن بر وات و لومن بر دلار در کلاس خود، یک پکیج مقاوم قادر به تحمل تا 0.8 وات، و شاخص نمود رنگ (CRI) بالا معادل 80 یا بیشتر است. بازار هدف طیف گسترده‌ای از راه‌حل‌های روشنایی، از جایگزین‌های مستقیم لامپ‌های سنتی گرفته تا روشنایی معماری و تزئینی را در بر می‌گیرد.

تحلیل عمیق پارامترهای فنی

ویژگی‌های نورسنجی و نوری

عملکرد الکترونوری در شرایط آزمایش استاندارد جریان مستقیم 150 میلی‌آمپر (IF) و دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد (Ta) مشخص شده است. خانواده این محصول دماهای رنگ مرتبط (CCT) از سفید گرم (2580K-3220K) تا سفید سرد (5310K-7040K) را ارائه می‌دهد. برای یک نمونه متداول سفید خنثی (مثلاً T3450811C)، شار نوری می‌تواند تا 68 لومن برسد. یک ویژگی کلیدی، حداقل شاخص نمود رنگ (CRI یا Ra) تضمین‌شده 80 در تمامی دسته‌ها است که وفاداری رنگ خوبی را تضمین می‌کند. توزیع فضایی نور با زاویه دید گسترده (2θ1/2) معادل 110 درجه مشخص می‌شود که روشنایی یکنواختی فراهم می‌کند. توجه به تلرانس‌های اندازه‌گیری مشخص‌شده حائز اهمیت است: ±7% برای شار نوری و ±2 برای CRI.

پارامترهای الکتریکی و حرارتی

مشخصات الکتریکی مرزهای عملیاتی را تعریف می‌کنند. ولتاژ مستقیم معمولی (VF) در جریان 150 میلی‌آمپر، 3.4 ولت با تلرانس ±0.1 ولت است. حداکثر مقادیر مجاز مطلق برای طراحی قابل اطمینان حیاتی هستند: حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) 240 میلی‌آمپر است و جریان پالسی (IFP) 300 میلی‌آمپر تحت شرایط خاصی مجاز است (عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤ 1/10). حداکثر اتلاف توان (PD) 816 میلی‌وات است. مدیریت حرارت توسط مقاومت حرارتی پایین (Rth j-sp) معادل 21 درجه سانتی‌گراد بر وات (از پیوندگاه تا نقطه لحیم) تسهیل می‌شود که برای حفظ عملکرد و طول عمر ضروری است. حداکثر دمای مجاز پیوندگاه (Tj) 115 درجه سانتی‌گراد است.

توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

دسته‌بندی طول موج / دمای رنگ

یکنواختی رنگ LED از طریق یک ساختار دسته‌بندی دقیق بر اساس نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 کنترل می‌شود. این سیستم از دسته‌های بیضوی استفاده می‌کند که توسط یک نقطه مرکزی (مختصات x, y)، محور نیمه اصلی (a)، محور نیمه فرعی (b) و زاویه چرخش (Φ) تعریف می‌شوند. به عنوان مثال، دسته 40M5 برای سفید خنثی مرکزی در (0.3825, 0.3798) دارد. دسته‌بندی برای دمای رنگ بین 2600K و 7000K از استاندارد Energy Star پیروی می‌کند و یکنواختی رنگ فشرده‌ای را برای کاربردهای نیازمند نور سفید یکنواخت تضمین می‌کند. عدم قطعیت اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ±0.007 است.

دسته‌بندی شار نوری

خروجی نوری نیز برای تضمین عملکرد در دسته‌هایی طبقه‌بندی می‌شود. هر دسته رنگ (مثلاً 27M5, 30M5) به رتبه‌های شار نوری تقسیم می‌شود که با کدهایی مانند E7, E8, F1 و غیره شناسایی می‌شوند. به عنوان مثال، در دسته رنگ 30M5، یک LED با کد شار F1 دارای شار نوری بین 66 تا 70 لومن در جریان 150 میلی‌آمپر خواهد بود. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با خروجی نور قابل پیش‌بینی برای نیازهای کاربردی خاص خود انتخاب کنند.

دسته‌بندی ولتاژ مستقیم

برای کمک به طراحی مدار و تطبیق جریان، به ویژه در آرایه‌های چند LED، ولتاژ مستقیم در سه رتبه دسته‌بندی می‌شود: کد 1 (2.8 ولت - 3.0 ولت)، کد 2 (3.0 ولت - 3.2 ولت) و کد 3 (3.2 ولت - 3.4 ولت). این امر به پیش‌بینی نیازهای منبع تغذیه و مدیریت موثرتر بارهای حرارتی کمک می‌کند.

تحلیل منحنی‌های عملکرد

مشخصات جریان-ولتاژ (I-V) و جریان-شار نوری (I-Φ)

شکل 3 رابطه بین جریان مستقیم و شار نوری نسبی را نشان می‌دهد. خروجی تا جریان عملیاتی توصیه‌شده تقریباً خطی است که بازده خوبی را نشان می‌دهد. شکل 4 منحنی ولتاژ مستقیم در مقابل جریان را نشان می‌دهد که برای طراحی درایور ضروری است. ضریب دمای مثبت ولتاژ مشهود است، به این معنی که VF با افزایش دما کاهش می‌یابد که رفتاری معمول برای LEDها است.

وابستگی به دما

تغییرات عملکرد با دما یک عامل طراحی حیاتی است. شکل 6 نشان می‌دهد که شار نوری نسبی با افزایش دمای محیط (Ta) کاهش می‌یابد که اهمیت مدیریت حرارتی برای حفظ خروجی نور را برجسته می‌کند. شکل 7 کاهش ولتاژ مستقیم با افزایش دما را نشان می‌دهد. شکل 8 یک منحنی کاهش رتبه (دریتینگ) برای حداکثر جریان مستقیم مجاز بر اساس دمای محیط ارائه می‌دهد که برای تضمین قابلیت اطمینان تحت شرایط عملیاتی مختلف بسیار مهم است.

توزیع طیفی و زاویه‌ای

شکل 1 توزیع توان طیفی نسبی را ارائه می‌دهد که کیفیت رنگ و CCT را تعریف می‌کند. شکل 2 توزیع زاویه دید (الگوی تابش فضایی) را به تصویر می‌کشد که زاویه پرتو گسترده 110 درجه‌ای را برای روشنایی یکنواخت تأیید می‌کند.

تغییر رنگ با دما

شکل 5 تغییر در مختصات رنگ‌سنجی CIE x, y را با افزایش دمای محیط (از 25 درجه سانتی‌گراد تا 85 درجه سانتی‌گراد) ترسیم می‌کند. این اطلاعات برای کاربردهایی که پایداری رنگ در دما یک الزام است، حیاتی می‌باشد.

راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

این LED با فرآیندهای لحیم‌کاری بازجریانی (رفلو) بدون سرب سازگار است. حداکثر مقدار مجاز مطلق برای دمای لحیم‌کاری 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد برای حداکثر مدت 10 ثانیه است. پیروی از پروفیل بازجریانی توصیه‌شده برای جلوگیری از آسیب حرارتی به پکیج EMC و تراشه داخلی ضروری است. محدوده دمای عملیاتی از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد است و محدوده دمای نگهداری یکسان است. باید دقت شود که در حین کار از حداکثر مقادیر مجاز مطلق تجاوز نشود، زیرا این امر می‌تواند باعث آسیب غیرقابل برگشت به LED شود.

توصیه‌های کاربردی

سناریوهای کاربردی متداول

دیتاشیت چندین کاربرد کلیدی را شناسایی می‌کند: جایگزینی لامپ‌های سنتی (مانند رشته‌ای یا CFL)، روشنایی عمومی داخلی و خارجی، نور پس‌زمینه برای تابلوهای علائم داخلی/خارجی، و روشنایی معماری/تزئینی. ترکیب بازده بالا، CRI خوب و زاویه پرتو گسترده، آن را برای این مصارف متنوع مناسب می‌سازد.

ملاحظات طراحی

طراحان باید توجه دقیقی به مدیریت حرارتی داشته باشند. با استفاده از مقدار مقاومت حرارتی ارائه‌شده (21 درجه سانتی‌گراد بر وات)، باید هیت‌سینک مناسب محاسبه شود تا دمای پیوندگاه در بدترین شرایط عملیاتی زیر 115 درجه سانتی‌گراد نگه داشته شود. برای کاربردهای با دمای محیط بالا، باید از منحنی کاهش رتبه جریان (شکل 8) پیروی کرد. برای خروجی نور ثابت، استفاده از درایور جریان ثابت به جای درایور ولتاژ ثابت توصیه می‌شود. هنگام طراحی آرایه‌های چند LED، استفاده از LEDهای هم‌دسته از نظر ولتاژ و شار نوری را برای اطمینان از یکنواختی روشنایی و تقسیم جریان در نظر بگیرید.

مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مید-پاور سنتی در پکیج پلاستیکی، پکیج EMC عملکرد حرارتی به مراتب بهتری ارائه می‌دهد که امکان جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و اتلاف توان بیشتر (تا 0.8 وات) را در حالی که قابلیت اطمینان حفظ می‌شود، فراهم می‌کند. این امر به معنای خروجی لومن بالاتر از پکیجی با اندازه مشابه است. CRI تضمین‌شده 80+ مزیت رقابتی در کاربردهایی که کیفیت رنگ مهم است، در مقایسه با محصولات استاندارد با CRI پایین‌تر، ارائه می‌دهد. زاویه دید گسترده 110 درجه‌ای برای کاربردهای نیازمند روشنایی وسیع و یکنواخت بدون اپتیک ثانویه، مزیت محسوب می‌شود.

سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

مورد کاربردی عملی

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

مقدمه‌ای بر اصل عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم به دو سر پیوند p-n اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج (رنگ) نور ساطع‌شده توسط انرژی گاف نواری مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود. نور سفید در این LED معمولاً با استفاده از یک تراشه نیمه‌هادی ساطع‌کننده آبی که با یک لایه فسفر پوشش داده شده است، تولید می‌شود. بخشی از نور آبی توسط فسفر به طول‌موج‌های بلندتر (زرد، قرمز) تبدیل می‌شود و مخلوط نور آبی و نور تبدیل‌شده توسط فسفر، در چشم انسان به صورت سفید ظاهر می‌شود. پکیج EMC وظیفه محافظت از تراشه نیمه‌هادی و اتصالات سیمی، ارائه یک لنز نوری اولیه و از همه مهم‌تر، ارائه مسیری برای هدایت موثر گرما از پیوندگاه را بر عهده دارد.

روندهای فناوری

بخش LED مید-پاور به سمت بازده بالاتر (لومن بر وات) و قابلیت اطمینان بیشتر با هزینه کمتر ادامه می‌دهد. روندهای کلیدی شامل به کارگیری مواد پکیج مقاوم‌تر مانند EMC و سرامیک برای امکان دمای عملیاتی و جریان‌های بالاتر است که منجر به چگالی لومن بالاتر می‌شود. تلاش مداومی برای بهبود فناوری فسفر برای دستیابی به مقادیر شاخص نمود رنگ (CRI) بالاتر و کیفیت رنگ یکنواخت‌تر در بین دسته‌های تولید وجود دارد. علاوه بر این، ادغام چندین تراشه در یک پکیج واحد (COB - تراشه روی برد یا مید-پاور چند تراشه‌ای) روندی برای ساده‌سازی مونتاژ و کاهش هزینه‌های سیستم برای کاربردهای با لومن بالا است. حرکت به سمت روشنایی هوشمند نیز بر طراحی LED تأثیر می‌گذارد و تمرکز بر سازگاری با پروتکل‌های دیمر و سیستم‌های سفید قابل تنظیم است.