دیتاشیت LED مید-پاور مدل 3030 - ابعاد 3.0x3.0 میلی‌متر - ولتاژ 3.1 ولت - توان 0.5 وات - نور سفید سرد 6000 کلوین

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED مید-پاور با فرم فاکتور 3030 را که از پکیج ترکیبی اپوکسی (EMC) استفاده می‌کند، به تفصیل شرح می‌دهد. این محصول برای ارائه تعادل بهینه بین بازده نوری (لومن بر وات) و مقرون‌به‌صرفه بودن (لومن بر دلار) در بخش مید-پاور طراحی شده است. این LED برای کاربردهایی که نیازمند عملکرد قابل اعتماد و خروجی نور با کیفیت بالا هستند، مهندسی شده است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این سری LED شامل طراحی پکیج EMC بهبودیافته از نظر حرارتی است که دفع حرارت و قابلیت اطمینان بلندمدت را افزایش می‌دهد. این محصول پل ارتباطی بین کاربردهای مید-پاور و های-پاور است و قادر به تحمل توان تا 0.8 وات می‌باشد. با حداکثر جریان راه‌اندازی 240 میلی‌آمپر و حداقل شاخص نمود رنگ (CRI) برابر 70، برای کاربردهایی که نیازمند کیفیت رنگ خوب هستند مناسب است. این قطعه با فرآیندهای لحیم‌کاری بی‌سرب رفلو سازگار است. یک کاربرد هدف کلیدی شناسایی شده، چراغ‌های روشنایی روز (DRL) است.

2. تحلیل پارامترهای فنی

تمامی اندازه‌گیری‌ها تحت شرایط آزمایش استاندارد جریان مستقیم (IF) = 150mA، دمای محیط (Ta) = 25 درجه سانتی‌گراد و رطوبت نسبی (RH) = 60% مشخص شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

2.1 ویژگی‌های نورسنجی و رنگی

نوع سفید سرد دارای محدوده دمای رنگ مرتبط (CCT) از 5300K تا 6488K است که مقدار معمول آن 6018K می‌باشد. حداقل شاخص نمود رنگ (Ra) برابر 70 است که مقدار معمول آن 71.5 است. خروجی شار نوری دارای تلرانس اندازه‌گیری ±7% است، در حالی که تلرانس اندازه‌گیری CRI برابر ±2 است. CCT از نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 استخراج می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که جدول نگهداری لومن تنها برای مرجع است.

2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی

ولتاژ مستقیم (VF) معمولاً 3.1 ولت اندازه‌گیری می‌شود، با محدوده‌ای از 2.8 ولت (حداقل) تا 3.4 ولت (حداکثر) در جریان 150mA. جریان معکوس (IR) حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5 ولت است. زاویه دید (2θ½)، که به عنوان زاویه خارج از محوری تعریف می‌شود که در آن شدت نور نصف شدت اوج است، معمولاً 120 درجه است. مقاومت حرارتی از اتصال تا نقطه لحیم (Rth j-sp) معمولاً 11 درجه سانتی‌گراد بر وات است. این قطعه دارای قابلیت تحمل تخلیه الکترواستاتیک (ESD) معادل 2000 ولت است.

2.3 مقادیر حداکثر مطلق

کارکرد قطعه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. مقادیر حداکثر مطلق عبارتند از: جریان مستقیم پیوسته (IF): 240 میلی‌آمپر؛ جریان مستقیم پالسی (IFP): 300 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤ 100 میکروثانیه، چرخه کاری ≤ 1/10)؛ اتلاف توان (PD): 816 میلی‌وات؛ ولتاژ معکوس (VR): 5 ولت؛ دمای عملیاتی (Topr): 40- تا 105+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای ذخیره‌سازی (Tstg): 40- تا 105+ درجه سانتی‌گراد؛ دمای اتصال (Tj): 125 درجه سانتی‌گراد؛ دمای لحیم‌کاری (Tsld): 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه. باید دقت شود که اتلاف توان از مقدار حداکثر مطلق تجاوز نکند.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 توزیع طیفی و زاویه‌ای

توزیع طیفی نسبی توان (شکل 1) ویژگی‌های رنگی LED سفید سرد را تعریف می‌کند. توزیع زاویه دید (شکل 2) الگوی پرتو معمول 120 درجه را نشان می‌دهد که مشخصه انتشار لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی رایج برای این نوع پکیج را تأیید می‌کند.

3.2 مشخصات جریان مستقیم

رابطه بین جریان مستقیم و شار نوری نسبی (شکل 3) نشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش جریان افزایش می‌یابد اما در نهایت در جریان‌های بالاتر به دلیل اثرات حرارتی اشباع شده و کاهش می‌یابد. منحنی ولتاژ مستقیم در مقابل جریان مستقیم (شکل 4) رفتار نمایی مشخصه دیود را نشان می‌دهد، که در آن VF به صورت لگاریتمی با IF افزایش می‌یابد.

3.3 وابستگی به دما

تغییر در مختصات رنگ‌سنجی CIE (x, y) با دمای محیط (شکل 5) برای کاربردهای حساس به رنگ حیاتی است و نشان می‌دهد که نقطه سفید چگونه ممکن است جابجا شود. شار نوری نسبی با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد (شکل 6)، که یک ملاحظه کلیدی برای طراحی مدیریت حرارتی است. به طور مشابه، ولتاژ مستقیم معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد (شکل 7).

3.4 کاهش ظرفیت و جریان حداکثر

شکل 8 حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط برای دو مقدار مختلف مقاومت حرارتی اتصال به محیط (Rth j-a) نشان می‌دهد: 30 درجه سانتی‌گراد بر وات و 35 درجه سانتی‌گراد بر وات. این نمودار برای تعیین جریان عملیاتی ایمن در یک محیط حرارتی مشخص ضروری است. به عنوان مثال، در دمای محیط 85 درجه سانتی‌گراد با Rth j-a=35 درجه سانتی‌گراد بر وات، حداکثر جریان به طور قابل توجهی از مقدار حداکثر مطلق 240 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد.

4. ساختار دسته‌بندی رنگ

LEDها بر اساس مختصات رنگ‌سنجی خود در دسته‌ها (بین) مرتب می‌شوند تا یکنواختی رنگ در یک کاربرد تضمین شود. شکل 9 نمودار رنگ‌سنجی CIE 1931 را با ساختار بین تعریف شده نشان می‌دهد. جدول 5 توضیحات مفصلی از کدهای بین ارائه می‌دهد. عدم قطعیت اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ± 0.007 است. تمامی دسته‌بندی‌ها تحت شرایط استاندارد (IF=150mA, Ta=25°C) انجام می‌شود.

5. راهنمای کاربرد و ملاحظات طراحی

5.1 سناریوهای کاربردی متداول

این LED به دلیل تعادل بین بازده، هزینه و کیفیت، برای انواع کاربردهای روشنایی عمومی بسیار مناسب است. دیتاشیت به طور خاص چراغ‌های روشنایی روز (DRL) را ذکر می‌کند. سایر کاربردهای بالقوه شامل روشنایی داخلی (لامپ‌ها، لوله‌ها، پنل‌ها)، روشنایی معماری، تابلوها و نور پس‌زمینه نمایشگرهایی است که دمای رنگ سفید سرد مورد نظر است.

5.2 مدیریت حرارتی

مدیریت حرارتی مؤثر برای دستیابی به عملکرد درجه‌بندی شده و طول عمر، امری حیاتی است. مقاومت حرارتی معمول 11 درجه سانتی‌گراد بر وات از اتصال تا نقطه لحیم به این معنی است که طراحی PCB باید مسیر امپدانس حرارتی پایینی به محیط فراهم کند. استفاده از وایاهای حرارتی مناسب، مساحت مسی و احتمالاً PCB با هسته فلزی (MCPCB) برای کارکرد با جریان بالا یا دمای محیط بالا توصیه می‌شود. همیشه به منحنی کاهش ظرفیت (شکل 8) مراجعه کنید تا جریان راه‌اندازی مناسب را انتخاب نمایید.

5.3 ملاحظات راه‌اندازی الکتریکی

استفاده از درایور جریان ثابت به شدت به جای منبع ولتاژ ثابت توصیه می‌شود تا خروجی نور پایدار تضمین شده و از فرار حرارتی جلوگیری شود. درایور باید طوری انتخاب شود که در محدوده جریان مشخص شده (تا 240 میلی‌آمپر پیوسته) عمل کند. تغییرات ولتاژ مستقیم (2.8 ولت تا 3.4 ولت) باید در ولتاژ تطبیق درایور در نظر گرفته شود. برای کارکرد پالسی (IFP)، رعایت دقیق محدودیت‌های عرض پالس (≤100µs) و چرخه کاری (≤1/10) الزامی است.

5.4 لحیم‌کاری و جابجایی

این قطعه با پروفیل‌های لحیم‌کاری بی‌سرب رفلو سازگار است. حداکثر دمای لحیم‌کاری 230 درجه سانتی‌گراد یا 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه است. باید دستورالعمل‌های استاندارد IPC/JEDEC J-STD-020 برای حساسیت رطوبتی و پروفیل‌های رفلو رعایت شود. در طول جابجایی و مونتاژ باید احتیاط‌های استاندارد ESD رعایت شود، زیرا این قطعه برای 2000 ولت HBM درجه‌بندی شده است.

6. مقایسه و تمایز

در مقایسه با LEDهای مید-پاور سنتی در پکیج‌های پلاستیکی، پکیج EMC عملکرد حرارتی برتر و مقاومت بیشتری در برابر زردی ناشی از قرارگیری در معرض UV ارائه می‌دهد که منجر به نگهداری لومن بهتر و طول عمر بیشتر می‌شود. فرم فاکتور 3030 نسبت به پکیج‌های کوچکتر (مانند 2835) پد حرارتی بزرگتری فراهم می‌کند که امکان اتلاف توان بالاتر (تا 0.8 وات) را در حالی که فرم فاکتور متوسطی حفظ می‌شود، فراهم می‌کند. CRI مشخص شده 70+ کیفیت رنگ بهتری نسبت به بسیاری از LEDهای مید-پاور استاندارد ارائه می‌دهد و آن را برای کاربردهایی که بازتولید رنگ مد نظر است مناسب می‌سازد.

7. پرسش‌های متداول (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. اصول عملکرد و روندها

8.1 اصل عملکرد پایه

این یک منبع نور حالت جامد مبتنی بر یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیشتر از آستانه دیود اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال تراشه نیمه‌هادی (معمولاً مبتنی بر InGaN برای LEDهای آبی/سفید) بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کنند. نور سفید سرد از ترکیب یک تراشه LED آبی و یک پوشش فسفر ایجاد می‌شود. نور آبی ساطع شده از تراشه، فسفرهای زرد (و گاهی قرمز/سبز) را برانگیخته می‌کند و مخلوط نور آبی و زرد به عنوان نور سفید درک می‌شود.

8.2 روندهای صنعت

بخش LEDهای مید-پاور، به ویژه در پکیج‌هایی مانند 3030 و 2835، به دلیل نسبت هزینه به عملکرد عالی خود، همچنان نیروی غالب در روشنایی عمومی باقی مانده است. روندها شامل بهبود مستمر در بازده نوری (لومن بر وات) از طریق پیشرفت‌های فناوری تراشه و فسفر، تلاش برای دستیابی به CRI بالاتر و یکنواختی رنگ بهتر (دسته‌بندی دقیق‌تر)، و توسعه پکیج‌هایی با مقاومت حرارتی حتی پایین‌تر برای امکان استفاده از جریان راه‌اندازی و چگالی توان بالاتر در همان فرم فاکتور است. حرکت به سمت مواد پکیج EMC و سایر مواد پکیج با عملکرد بالا به جای پلاستیک‌های استاندارد، روندی واضح برای افزایش قابلیت اطمینان در کاربردهای سخت‌گیرانه است.