فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 1.1 ویژگیها و مزایای کلیدی
- 2. تحلیل پارامترهای فنی
- 2.1 مشخصات الکترو-اپتیکال
- 2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی
- 2.3 مشخصات لحیمکاری
- 3. توضیح سیستم دستهبندی
- 3.1 دستهبندی رنگ (CCT)
- 3.2 دستهبندی شار نوری
- 3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
- 4. تحلیل منحنیهای عملکرد
- 4.1 مشخصات جریان-ولتاژ و شار نوری
- 4.2 وابستگی به دما
- 4.3 توزیع طیفی و زاویهای
- 5. دستورالعملهای کاربردی
- 5.1 کاربردهای هدف
- 5.2 ملاحظات طراحی
- 6. مقایسه فنی و روندها
- 7. پرسشهای متداول (FAQ)
- 8. مثال طراحی و مورد استفاده
1. مرور کلی محصول
این سند به تشریح مشخصات یک سری از LEDهای میانتوان با ابعاد پایه 3030 و پکیج ترکیب قالبگیری اپوکسی (EMC) میپردازد. این سری که برای بازدهی بالا و مقرونبهصرفه بودن طراحی شدهاست، راهحلی مستحکم برای طیف گستردهای از کاربردهای روشنایی عمومی و تزئینی ارائه میدهد. ماده EMC در مقایسه با پلاستیکهای مرسوم، مدیریت حرارتی برتری فراهم میکند که امکان عملکرد مطمئن در سطوح توان بالاتر را فراهم میسازد.
مزایای اصلی این خط تولید شامل یکی از بهترین نسبتهای لومن بر وات و لومن بر دلار در بخش میانتوان است. این محصول به گونهای مهندسی شده که فاصله بین کاربردهای میانتوان و پرتوان را پر کند، با حداکثر اتلاف توان 1.36W و جریان حداکثر پیشنهادی درایو 200mA. این LEDها در طیفی از دمای رنگ مرتبط (CCT) از سفید گرم (2725K) تا سفید سرد (6530K) موجود هستند که همگی دارای حداقل شاخص نمود رنگ (CRI) 80 میباشند و کیفیت رنگ خوبی برای فضاهای روشن تضمین میکنند.
1.1 ویژگیها و مزایای کلیدی
- پکیج EMC بهینهشده حرارتی:طراحی پکیج، دفع حرارت عالی ارائه میدهد که طول عمر را بهبود بخشیده و پایداری خروجی نور را حفظ میکند.
- قابلیت توان بالا:مناسب برای کاربردهای تا 1.3W، که مرز بین LEDهای میانتوان و پرتوان را محو میکند.
- جریان درایو بالا:از حداکثر جریان مستقیم پیوسته (IF) معادل 200mA پشتیبانی میکند که امکان خروجی شار نوری بالاتر را فراهم میسازد.
- کیفیت رنگ بالا:حداقل CRI معادل 80 در تمامی دستههای CCT، بازتولید رنگ دقیق و خوشایندی ارائه میدهد.
- فاقد سرب و سازگار با ریفلو:برای استفاده با قلع بدون سرب و فرآیندهای ریفلو استاندارد فناوری نصب سطحی (SMT) طراحی شدهاست.
2. تحلیل پارامترهای فنی
2.1 مشخصات الکترو-اپتیکال
دادههای عملکرد اصلی در شرایط آزمایش استاندارد IF = 150mA و Ta = 25°C اندازهگیری شدهاند. خروجی شار نوری بسته به دسته رنگ متفاوت است، با مقادیر معمول در محدوده تقریبی 119 لومن تا 131 لومن. زاویه دید گسترده (2θ1/2) معادل 110 درجه، روشنایی یکنواخت و وسیعی را تضمین میکند. ولتاژ مستقیم (VF) در 150mA دارای مقدار معمول 6.8V با تلرانس ±0.1V است. توجه به تلرانسهای اندازهگیری ارائه شده حائز اهمیت است: ±7% برای شار نوری و ±2 برای CRI (Ra).
2.2 پارامترهای الکتریکی و حرارتی
مقادیر حداکثر مطلق، محدودیتهای عملیاتی را تعریف میکنند. حداکثر جریان مستقیم پیوسته 200mA است، با جریان مستقیم پالسی (IFP) مجاز 300mA تحت شرایط خاص (عرض پالس ≤ 100µs، چرخه کاری ≤ 1/10). حداکثر اتلاف توان 1360 mW است. مقاومت حرارتی اتصال به نقطه لحیم (Rth j-sp) معادل 14 °C/W است که پارامتری کلیدی برای طراحی مدیریت حرارتی محسوب میشود. دستگاه میتواند در محدوده دمایی 40- درجه سانتیگراد تا 85+ درجه سانتیگراد عمل کرده و ذخیره شود، با حداکثر دمای اتصال (Tj) معادل 115°C.
2.3 مشخصات لحیمکاری
این LED برای لحیمکاری ریفلو درجهبندی شدهاست. حداکثر دمای لحیمکاری نباید از 230°C یا 260°C تجاوز کند، با زمان قرارگیری در حداکثر دما محدود به 10 ثانیه. رعایت این پروفایلها برای جلوگیری از آسیب به پکیج یا تخریب اجزای داخلی ضروری است.
3. توضیح سیستم دستهبندی
برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دستههای مختلف دستهبندی میشوند.
3.1 دستهبندی رنگ (CCT)
محصول از ساختار دستهبندی منطبق با Energy Star برای CCTهای بین 2600K و 7000K استفاده میکند. شش دسته اصلی تعریف شدهاند (27M5, 30M5, 40M5, 50M5, 57M6, 65M6) که هر کدام مربوط به یک CCT اسمی خاص و یک بیضی تعریف شده روی نمودار رنگسنجی CIE 1931 هستند. مختصات مرکز (x, y)، شعاعهای بیضی (a, b) و زاویه (Φ) برای هر دسته به دقت مشخص شدهاند، با عدم قطعیت اندازهگیری مختصات رنگ معادل ±0.007.
3.2 دستهبندی شار نوری
درون هر دسته رنگ، LEDها بر اساس خروجی شار نوری خود در 150mA بیشتر دستهبندی میشوند. رتبههای شار با کدهایی مشخص میشوند (مانند 2C, 2D, 2E, 2F, 2G) که هر کدام نشاندهنده یک محدوده حداقل و حداکثر شار هستند. برای مثال، در دسته رنگ 27M5، کد 2C محدوده 107-114 لومن، 2D محدوده 114-122 لومن و 2E محدوده 122-130 لومن را پوشش میدهد. این امر به طراحان اجازه میدهد قطعات را بر اساس نیازهای دقیق روشنایی انتخاب کنند.
3.3 دستهبندی ولتاژ مستقیم
اگرچه جدول جزئیات دستهبندی ولتاژ به طور کامل در محتوای ارائه شده استخراج نشده، اما رویه استاندارد، گروهبندی LEDها بر اساس ولتاژ مستقیم (VF) آنها در جریان مشخصی است. این امر به طراحی مدارهای درایو یکنواختتر و مدیریت توزیع توان در آرایهها کمک میکند.
4. تحلیل منحنیهای عملکرد
4.1 مشخصات جریان-ولتاژ و شار نوری
شکل 3 رابطه بین جریان مستقیم (IF) و شار نوری نسبی را نشان میدهد. شار با افزایش جریان افزایش مییابد اما در جریانهای بالاتر روندی زیرخطی از خود نشان میدهد که احتمالاً به دلیل افزایش اثرات حرارتی و افت بازدهی است. شکل 4 ولتاژ مستقیم (VF) در مقابل جریان مستقیم (IF) را به تصویر میکشد که منحنی مشخصه دیود معمولی را نشان میدهد.
4.2 وابستگی به دما
شکلهای 6 و 7 تاثیر دمای محیط (Ta) بر عملکرد را نشان میدهند. با افزایش دما، شار نوری نسبی کاهش مییابد (شکل 6)، در حالی که ولتاژ مستقیم نیز کاهش مییابد (شکل 7). شکل 5 جابجایی مختصات رنگسنجی (CIE x, y) با دما را نشان میدهد که برای کاربردهای نیازمند نقاط رنگ پایدار حیاتی است. شکل 8 برای طراحی حیاتی است: حداکثر جریان مستقیم مجاز را در مقابل دمای محیط برای دو سناریوی مختلف مقاومت حرارتی (Rj-a=35°C/W و 45°C/W) ترسیم میکند. این نمودار، کاهش جریان لازم با افزایش دمای محیط را برای نگه داشتن دمای اتصال در محدوده ایمن تعریف میکند.
4.3 توزیع طیفی و زاویهای
شکل 1 توزیع توان طیفی نسبی را نشان میدهد که کیفیت رنگ را تعریف میکند. شکل 2 توزیع زاویه دید یا الگوی تابش را نشان میدهد که زاویه پرتو 110 درجه را تایید میکند.
5. دستورالعملهای کاربردی
5.1 کاربردهای هدف
- لامپهای جایگزین:جایگزین مستقیم لامپهای رشتهای سنتی، هالوژن یا CFL در تجهیزات روشنایی.
- روشنایی عمومی:منبع نور اولیه برای فضاهای مسکونی، تجاری و صنعتی.
- نور پسزمینه:برای تابلوها و پنلهای نمایشگر داخلی و خارجی.
- روشنایی معماری/تزئینی:نورپردازی تاکیدی، نورهای مخفی و سایر تاسیسات روشنایی زیباییشناختی.
5.2 ملاحظات طراحی
مدیریت حرارتی:مقاومت حرارتی 14 °C/W مستلزم یک مسیر حرارتی موثر از پدهای لحیم به هیتسینک است. از شکل 8 برای تعیین جریان درایو مناسب برای حداکثر دمای محیط مورد انتظار کاربرد خود استفاده کنید. تجاوز از مقادیر حداکثر، به ویژه Tj، به طور قابل توجهی طول عمر و قابلیت اطمینان را کاهش میدهد.
طراحی الکتریکی:انتخاب درایو باید مقدار معمول VF معادل 6.8V در 150mA را در نظر بگیرد. برای درایو جریان ثابت، اطمینان حاصل کنید که خروجی جریان درایو با نقطه عملیاتی مورد نظر مطابقت دارد (مثلاً 150mA یا کمتر برای بازدهی/طول عمر بهتر). دستهبندی ولتاژ مستقیم را برای متعادل کردن جریان در رشتههای موازی در نظر بگیرید.
طراحی اپتیکال:زاویه دید 110 درجه برای روشنایی گسترده و منتشر مناسب است. برای پرتوهای متمرکزتر، اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز خواهد بود.
6. مقایسه فنی و روندها
این سری LED 3030 EMC خود را در بازار رقابتی میانتوان جای میدهد. وجه تمایز کلیدی آن استفاده از پکیج EMC است که معمولاً در مقایسه با پلاستیکهای استاندارد PPA یا PCT مورد استفاده در بسیاری از LEDهای میانتوان، هدایت حرارتی بهتر و مقاومت در برابر زردی در معرض دمای بالا/UV ارائه میدهد. این امر امکان درایو در جریانهای بالاتر (تا 200mA) را در حالی که قابلیت اطمینان حفظ میشود فراهم میکند و به طور موثر چگالی توان بالاتری ارائه میدهد.
روند در بستهبندی LED به سمت مواد و طراحیهایی ادامه دارد که عملکرد حرارتی را بهبود بخشیده و امکان چگالی شار بالاتر از پکیجهای کوچکتر را فراهم میکنند. پکیجهای EMC و سرامیک در خط مقدم این روند برای هر دو دستگاه میانتوان و پرتوان هستند. تمرکز بر لومن بر دلار و لومن بر وات بالا، همانطور که برای این محصول برجسته شده، همچنان محرک اصلی برای پذیرش روشنایی در بازار انبوه باقی ماندهاست.
7. پرسشهای متداول (FAQ)
س: مصرف توان واقعی در نقطه عملیاتی معمول چقدر است؟
پ: در شرایط آزمایش IF=150mA و VF=6.8V (معمول)، توان الکتریکی P = I*V = 0.15A * 6.8V = 1.02W است.
س: آیا میتوانم این LED را به طور پیوسته در 200mA درایو کنم؟
پ: بله میتوانید، اما باید اطمینان حاصل کنید که دمای اتصال (Tj) از 115°C تجاوز نکند. این امر نیازمند مدیریت حرارتی عالی (مقاومت حرارتی کم از اتصال به محیط) است. به شکل 8 مراجعه کنید تا ببینید حداکثر جریان مجاز چگونه با افزایش دمای محیط کاهش مییابد.
س: "M5" یا "M6" در کد دسته رنگ (مثلاً 27M5) به چه معناست؟
پ: این کدها به بیضیهای خاصی روی نمودار رنگسنجی CIE اشاره دارند که توسط استانداردهای ANSI C78.377 یا Energy Star تعریف شدهاند. عدد (27, 30 و غیره) مربوط به CCT اسمی (مثلاً 2700K, 3000K) است. حرف و عدد (M5, M6) اندازه و مکان بیضی تلرانس رنگ اطراف آن نقطه اسمی را تعریف میکنند.
س: پکیج EMC در مقایسه با پکیج پلاستیکی چه سودی برای طراحی من دارد؟
پ: ماده EMC هدایت حرارتی بالاتری دارد که اجازه میدهد حرارت از چیپ LED به طور کارآمدتری به برد و هیتسینک منتقل شود. این امر منجر به دمای اتصال عملیاتی پایینتر برای همان جریان درایو میشود که طول عمر را بهبود بخشیده، خروجی نور بالاتری را حفظ کرده و امکان اوردرایو بالقوه در طراحیهای دارای خنککنندگی خوب را فراهم میسازد.
8. مثال طراحی و مورد استفاده
سناریو: طراحی یک لامپ LED جایگزین 1200 لومنی (سبک A19)
یک لامپ LED معادل 60W رشتهای معمولی حدود 800 لومن تولید میکند. برای ایجاد یک معادل 100W روشنتر (~1600 لومن)، یک طراح ممکن است از این LED 3030 استفاده کند.
محاسبه طراحی:با هدف قرار دادن 1600 لومن با LEDهایی که شار معمول 124 لومن دارند (مثلاً از دسته 30M5 در 150mA)، تقریباً به 13 LED نیاز است (1600 / 124 ≈ 12.9). این LEDها روی یک برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) در داخل لامپ برای دفع حرارت چیده میشوند. درایو همه 13 عدد به صورت سری به ولتاژ خروجی درایو معادل ~13 * 6.8V = 88.4V نیاز دارد که مقدار بالایی است. یک رویکرد عملیتر ممکن است دو رشته موازی از 6-7 LED هر کدام باشد که به یک درایو با ولتاژ پایینتر اما قادر به ارائه دو برابر جریان نیاز دارد. توان کل تقریباً 13 * 1.02W = 13.3W خواهد بود که بازدهی بالایی را نشان میدهد. طراحی حرارتی باید اطمینان حاصل کند که دمای پایه لامپ، که محیط برای برد LED است، در محدوده تعریف شده توسط شکل 8 باقی بماند تا امکان عملیات در 150mA فراهم شود.
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد نوربرقی
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| بازده نوری | لومن/وات | خروجی نور در هر وات برق، بالاتر به معنای صرفهجویی بیشتر انرژی است. | مستقیماً درجه بازده انرژی و هزینه برق را تعیین میکند. |
| شار نوری | لومن | کل نور ساطع شده از منبع، معمولاً "روشنی" نامیده میشود. | تعیین میکند که نور به اندازه کافی روشن است یا نه. |
| زاویه دید | درجه، مثل 120 درجه | زاویهای که شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده روشنایی و یکنواختی تأثیر میگذارد. |
| دمای رنگ | کلوین، مثل 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | جو روشنایی و سناریوهای مناسب را تعیین میکند. |
| شاخص نمود رنگ | بدون واحد، 100-0 | توانایی ارائه دقیق رنگهای جسم، Ra≥80 خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای پرتقاضا مانند مراکز خرید، موزهها استفاده میشود. |
| تلرانس رنگ | مراحل بیضی مکآدام، مثل "5 مرحله" | متریک سازگاری رنگ، مراحل کوچکتر به معنای رنگ سازگارتر است. | رنگ یکنواخت را در سراسر همان دسته LEDها تضمین میکند. |
| طول موج غالب | نانومتر، مثل 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | فام قرمز، زرد، سبز LEDهای تکرنگ را تعیین میکند. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت در طول موجها را نشان میدهد. | بر نمود رنگ و کیفیت رنگ تأثیر میگذارد. |
پارامترهای الکتریکی
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| جریان مستقیم | If | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | معمولاً درایو جریان ثابت، جریان روشنایی و طول عمر را تعیین میکند. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، برای تاریکی یا فلاش استفاده میشود. | عرض پالس و چرخه وظیفه باید به شدت کنترل شود تا از آسیب جلوگیری شود. |
| ولتاژ معکوس | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا جهش ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از تراشه به لحیم، پایینتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به اتلاف حرارت قویتر دارد. |
| مقاومت ESD | V (HBM)، مثل 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، بالاتر به معنای کمتر آسیبپذیر است. | اقدامات ضد استاتیک در تولید لازم است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان
| اصطلاح | متریک کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| دمای اتصال | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی داخل تراشه LED. | هر کاهش 10°C ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ خیلی زیاد باعث افت نور، تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (ساعت) | زمانی که روشنایی به 70% یا 80% مقدار اولیه کاهش یابد. | مستقیماً "عمر خدمت" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثل 70%) | درصد روشنایی باقیمانده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در طول استفاده بلندمدت است. |
| تغییر رنگ | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای روشنایی تأثیر میگذارد. |
| پیری حرارتی | تخریب ماده | تخریب ناشی از دمای بالا در بلندمدت. | ممکن است باعث افت روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
بسته بندی و مواد
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | ویژگیها و کاربردها |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC، PPA، سرامیک | ماده محفظه محافظ تراشه، ارائه رابط نوری/حرارتی. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| ساختار تراشه | جلو، تراشه معکوس | چینش الکترود تراشه. | تراشه معکوس: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفر | YAG، سیلیکات، نیترید | تراشه آبی را میپوشاند، مقداری را به زرد/قرمز تبدیل میکند، به سفید مخلوط میکند. | فسفرهای مختلف بر کارایی، CCT و CRI تأثیر میگذارند. |
| عدسی/اپتیک | مسطح، میکروعدسی، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
کنترل کیفیت و دسته بندی
| اصطلاح | محتوای دستهبندی | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دسته لومن | کد مثل 2G، 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه مقادیر حداقل/حداکثر لومن دارد. | روشنایی یکنواخت را در همان دسته تضمین میکند. |
| دسته ولتاژ | کد مثل 6W، 6X | گروهبندی بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تسهیل تطبیق درایور، بهبود بازده سیستم. |
| دسته رنگ | بیضی مکآدام 5 مرحلهای | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، اطمینان از محدوده باریک. | یکنواختی رنگ را تضمین میکند، از رنگ ناهموار در داخل وسایل جلوگیری میکند. |
| دسته CCT | 2700K، 3000K و غیره | گروهبندی بر اساس CCT، هر کدام محدوده مختصات مربوطه را دارد. | الزامات CCT صحنه مختلف را برآورده میکند. |
آزمون و گواهینامه
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمون نگهداری لومن | روشنایی بلندمدت در دمای ثابت، ثبت افت روشنایی. | برای تخمین عمر LED استفاده میشود (با TM-21). |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر ارائه میدهد. |
| IESNA | انجمن مهندسی روشنایی | روشهای آزمون نوری، الکتریکی، حرارتی را پوشش میدهد. | پایه آزمون شناخته شده صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهی محیط زیست | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | شرط دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بازده انرژی | گواهی بازده انرژی و عملکرد برای محصولات روشنایی. | در خریدهای دولتی، برنامههای یارانه استفاده میشود، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |