دیتاشیت LED کهربایی 3030 - ابعاد 3.0x3.0 میلی‌متر - ولتاژ 3.1 ولت - توان 1 وات - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED کهربایی با توان متوسط در اندازه 3030 را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه از بسته‌بندی تقویت‌شده حرارتی با ترکیب قالب‌گیری اپوکسی (EMC) بهره می‌برد که برای ارائه تعادلی از عملکرد و مقرون‌به‌صرفه بودن طراحی شده است. این محصول به عنوان راه‌حلی ارائه می‌شود که در بخش LEDهای با توان متوسط، لومن بر وات (lm/W) و لومن بر دلار (lm/$) عالی‌ای را ارائه می‌دهد. این سری قادر به تحمل سطوح توان از رده متوسط تا 1.3 وات است که آن را برای کاربردهای نیازمند عملکرد قوی مناسب می‌سازد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای کلیدی

• طراحی بسته‌بندی EMC تقویت‌شده حرارتی:ماده EMC در مقایسه با پلاستیک‌های سنتی، مدیریت حرارتی بهبودیافته‌ای فراهم می‌کند که منجر به قابلیت اطمینان بهتر و حفظ شار نوری بالاتر می‌شود.
• قابلیت توان بالا:قادر به کار تا 1.3 وات است و فاصله بین LEDهای استاندارد با توان متوسط و توان بالا را پر می‌کند.
• جریان درایو بالا:از جریان مستقیم حداکثر 400 میلی‌آمپر پشتیبانی می‌کند و امکان خروجی نور بیشتر در صورت نیاز را فراهم می‌آورد.
• قابلیت لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب:با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب سازگار است و تولید مدرن را تسهیل می‌کند.

1.2 کاربردهای هدف

کاربردهای اصلی این LED شامل مصارف خودرویی و سیگنالینگ، مانند چراغ‌های راهنما و انواع چراغ‌های سیگنال که در آنها نور کهربایی مشخص شده است، می‌شود.

2. تحلیل پارامترهای فنی

2.1 انتخاب محصول و مشخصات نوری

مدل خاص تحت پوشش، T3CYE012C-**AA، یک LED کهربایی تبدیل‌شده با فسفر (PC) است. طول موج غالب (WD) آن از حداقل 585 نانومتر، معمولاً 590 نانومتر، تا حداکثر 596 نانومتر متغیر است. تحت شرایط آزمایش استاندارد (جریان مستقیم IF=350mA، دمای محیط Ta=25°C)، شار نوری معمول 118 لومن است، با مقدار حداقل مشخص‌شده 107 لومن. تلرانس اندازه‌گیری شار نوری ±7% است.

2.2 پارامترهای الکترواپتیکال و الکتریکی

پارامترهای الکتریکی و نوری دقیق تحت همان شرایط آزمایش استاندارد (IF=350mA، Ta=25°C، RH60%) تعریف شده‌اند.

• ولتاژ مستقیم (VF):مقدار معمول 3.1 ولت است، با محدوده‌ای از 3.0 ولت (حداقل) تا 3.3 ولت (حداکثر).
• جریان معکوس (IR):حداکثر 10 میکروآمپر در ولتاژ معکوس (VR) برابر 5 ولت.
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه نیم‌شدت معمولاً 120 درجه است.
• مقاومت حرارتی (Rth j-sp):مقاومت حرارتی اتصال تا نقطه لحیم معمولاً 14 درجه سانتی‌گراد بر وات است.
• تخلیه الکترواستاتیک (ESD):تا 8000 ولت (مدل بدن انسان) را تحمل می‌کند که نشان‌دهنده استحکام خوب در جابجایی است.

2.3 مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آنها ممکن است آسیب دائمی رخ دهد. عملکرد باید در محدوده این مقادیر حفظ شود.

• جریان مستقیم (IF):400 میلی‌آمپر (پیوسته)
• جریان مستقیم پالسی (IFP):500 میلی‌آمپر (عرض پالس ≤100µs، چرخه کاری ≤1/10)
• توان تلف شده (PD):1360 میلی‌وات
• ولتاژ معکوس (VR):5 ولت
• دمای کارکرد (Topr):40- درجه سانتی‌گراد تا 105+ درجه سانتی‌گراد
• دمای انبارش (Tstg):40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد
• دمای اتصال (Tj):125 درجه سانتی‌گراد
• دمای لحیم‌کاری (Tsld):260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه (یا 230 درجه سانتی‌گراد).

نکته مهم:تجاوز از این مقادیر حداکثر مطلق، حتی برای لحظه‌ای کوتاه، ممکن است عملکرد و قابلیت اطمینان دستگاه را کاهش دهد. باید دقت ویژه‌ای به عمل آید تا اطمینان حاصل شود که توان تلف شده واقعی تحت شرایط کارکرد از مقدار نامی تجاوز نمی‌کند.

3. ویژگی‌های عملکردی و منحنی‌ها

3.1 طیف‌نما و توزیع زاویه‌ای

LED در طیف کهربایی، حول 590 نانومتر مرکزی، تابش می‌کند. نمودار توزیع زاویه دید، الگوی لامبرتی یا نزدیک به لامبرتی معمولی با زاویه نیمه 120 درجه را نشان می‌دهد که روشنایی وسیعی فراهم می‌کند.

3.2 مشخصات جریان مستقیم

رابطه بین جریان مستقیم (IF) و شار نوری نسبی غیرخطی است. شار با افزایش جریان افزایش می‌یابد اما در نهایت به دلیل اثرات حرارتی در جریان‌های بالاتر، اشباع و کاهش خواهد یافت. نمودار عملکرد را در Ta=25°C نشان می‌دهد. منحنی ولتاژ مستقیم (VF) در مقابل جریان مستقیم (IF) مشخصه دیود را نشان می‌دهد، که در آن VF به صورت لگاریتمی با جریان افزایش می‌یابد.

3.3 وابستگی دمایی

عملکرد LEDها به طور قابل توجهی تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد.

• شار نوری در مقابل دما:شار نوری نسبی با افزایش دمای محیط (Ta) کاهش می‌یابد. این یک عامل حیاتی برای طراحی حرارتی سیستم است.
• ولتاژ مستقیم در مقابل دما:ولتاژ مستقیم معمولاً با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد، که می‌تواند در برخی کاربردها برای نظارت بر دما مورد استفاده قرار گیرد.
• تغییر رنگ در مقابل دما:مختصات رنگی CIE (x, y) با تغییرات دمای محیط جابجا می‌شوند. این داده برای کاربردهایی که نیازمند ثبات نقطه رنگ در محدوده دمایی هستند ضروری است.

3.4 کاهش ظرفیت و جریان حداکثر بر حسب دما

یک نمودار کلیدی، حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط برای دو سناریوی مختلف مقاومت حرارتی (Rj-a=30°C/W و 40°C/W) نشان می‌دهد. با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان ایمن باید کاهش یابد تا از تجاوز دمای اتصال از حداکثر مقدار نامی 125°C جلوگیری شود. به عنوان مثال، در دمای محیط 105°C، جریان مجاز برای مسیر مقاومت حرارتی بالاتر به طور قابل توجهی به حدود 147 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. این منحنی برای طراحی سیستم‌های قابل اطمینان، به ویژه در محیط‌های با دمای بالا، حیاتی است.

4. ساختار و کنترل دسته‌بندی رنگ

LEDها بر اساس مختصات رنگی CIE خود به دسته‌های رنگی تقسیم می‌شوند تا ثبات رنگ در تولید تضمین شود. دیتاشیت کدهای دسته خاص (مانند AM1، AM2) را با محدوده‌های مختصات x و y متناظر آنها در نمودار رنگی CIE 1931 تعریف می‌کند. عدم قطعیت اندازه‌گیری برای مختصات رنگ ±0.007 است. این دسته‌بندی به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی را انتخاب کنند که از نظر رنگ برای کاربردشان به هم نزدیک باشند، که برای آرایه‌های چند LEDی یا محصولاتی که ظاهر یکنواخت در آنها مهم است، حیاتی می‌باشد.

5. دستورالعمل‌های کاربردی و ملاحظات طراحی

5.1 مدیریت حرارتی

مدیریت حرارتی مؤثر، حیاتی‌ترین جنبه استفاده قابل اطمینان از این LED است. مقاومت حرارتی معمول 14 درجه سانتی‌گراد بر وات از اتصال تا نقطه لحیم به این معنی است که گرما باید به طور کارآمد از بسته LED دور شود. این امر نیازمند یک PCB با طراحی مناسب، دارای ویای‌های حرارتی کافی و در صورت لزوم، اتصال به یک هیت‌سینک است. باید از منحنی کاهش ظرفیت (شکل 8) برای تعیین حداکثر جریان درایو برای یک دمای محیط و مقاومت حرارتی سیستم مشخص استفاده کرد.

5.2 درایو الکتریکی

اگرچه این LED می‌تواند تا 400 میلی‌آمپر را تحمل کند، اما برای عمر بهینه و بازدهی، معمولاً باید در 350 میلی‌آمپر یا کمتر درایو شود، همانطور که در داده‌های آزمایش استاندارد نشان داده شده است. استفاده از یک درایو جریان ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و محافظت از LED در برابر پیک‌های جریان توصیه می‌شود. تغییرات ولتاژ مستقیم (3.0V تا 3.3V) باید در طراحی درایو در نظر گرفته شود.

5.3 لحیم‌کاری و جابجایی

این قطعه برای لحیم‌کاری ریفلو بدون سرب مناسب است. دمای اوج لحیم‌کاری نباید از 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 ثانیه تجاوز کند. در طول جابجایی و مونتاژ باید احتیاط‌های استاندارد ESD رعایت شود، زیرا این قطعه برای 8000 ولت ESD درجه‌بندی شده است.

5.4 طراحی نوری

زاویه دید 120 درجه‌ای، این LED را برای کاربردهای نیازمند زوایای پرتو وسیع مناسب می‌سازد. برای کاربردهای نیازمند نور متمرکزتر، اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز خواهد بود. طراحان همچنین باید تغییر رنگ بالقوه بر اثر دما و عمر را هنگام مشخص‌کردن کاربردهای حساس به رنگ در نظر بگیرند.

6. مقایسه و جایگاه‌یابی

این LED 3030 EMC جایگاهی بین LEDهای SMD کم‌توان سنتی و LEDهای پرتوان مبتنی بر سرامیک دارد. مزایای کلیدی آن در بخش توان متوسط شامل موارد زیر است: عملکرد حرارتی بهتر نسبت به بسته‌های پلاستیکی استاندارد (مانند 3528)، جریان درایو و خروجی نور ممکن بالاتر نسبت به بسته‌های کوچکتر، و ساختار هزینه‌ای که اغلب برای کاربردهای نیازمند چگالی شار شدید، در مقایسه با LEDهای پرتوان مطلوب است. نسخه کهربایی به طور خاص برای بازدهی در باند طیفی خود بهینه‌سازی شده است که آن را برای سیگنالینگ خودرویی که در آن الزامات فوتومتریک قانونی باید به طور کارآمد برآورده شوند، رقابتی می‌سازد.

7. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: مصرف توان واقعی در نقطه کار معمول چقدر است؟

ج: در شرایط آزمایش معمول 350 میلی‌آمپر و Vf معمول 3.1 ولت، توان الکتریکی ورودی تقریباً 1.085 وات است (0.35A * 3.1V).

س: خروجی نور در دمای بالا چقدر کاهش می‌یابد؟

ج: نمودار در شکل 6، شار نوری نسبی در مقابل دمای محیط را نشان می‌دهد. میزان دقیق کاهش به طراحی حرارتی بستگی دارد، اما روند کلی کاهش قابل توجهی را با افزایش دما به سمت حد حداکثر کارکرد نشان می‌دهد.

س: آیا می‌توانم این LED را با یک منبع ولتاژ ثابت درایو کنم؟

ج: توصیه نمی‌شود. LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. ولتاژ مستقیم دارای تلرانس است و با دما تغییر می‌کند. یک منبع ولتاژ ثابت می‌تواند منجر به جریان بیش از حد و خرابی سریع شود. همیشه از یک درایو جریان ثابت یا مداری که به طور فعال جریان را محدود می‌کند استفاده کنید.

س: تعیین "PC Amber" به چه معناست؟

ج: PC مخفف Phosphor-Converted (تبدیل‌شده با فسفر) است. یک چیپ LED آبی با یک فسفر پوشش داده می‌شود که بخشی از نور آبی را به طول‌موج‌های بلندتر تبدیل می‌کند و در نهایت رنگ کهربایی را ایجاد می‌کند. این روش می‌تواند بازدهی بالاتر و ثبات بهتری نسبت به استفاده از ماده نیمه‌هادی کهربایی تابش مستقیم ارائه دهد.

8. مثال عملی مورد طراحی

سناریو:طراحی یک ماژول چراغ راهنمای خودرو با قابلیت اطمینان بالا که باید در محیطی با دمای تا 85 درجه سانتی‌گراد کار کند.

مراحل طراحی:

1. تحلیل حرارتی:تعیین مقاومت حرارتی سیستم از اتصال LED تا محیط (Rj-a). فرض کنید یک PCB با طراحی خوب منجر به Rj-a = 35°C/W شود.
2. کاهش جریان:به شکل 8 مراجعه کنید. برای دمای محیط (Ta) برابر 85°C و یک Rj-a تخمینی بین 30 و 40°C/W، درونیابی کنید تا حداکثر جریان مستقیم مجاز را بیابید. این مقدار به طور قابل توجهی کمتر از 400 میلی‌آمپر، احتمالاً در محدوده 250-300 میلی‌آمپر خواهد بود.
3. انتخاب درایو:یک درایو جریان ثابت انتخاب کنید که بتواند جریان کاهش‌یافته (مثلاً 280 میلی‌آمپر) را به طور پایدار در محدوده ولتاژ ورودی و دمای مورد انتظار تحویل دهد.
4. انطباق نوری:شار نوری مورد انتظار در جریان کاهش‌یافته (با استفاده از شکل 3) و در دمای بالا (با استفاده از شکل 6) را محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که مجموعه نهایی شدت فوتومتریک مورد نیاز برای کاربرد چراغ راهنما را برآورده می‌کند.
5. ثبات رنگ:دسته رنگ مورد نیاز (AM1 یا AM2) را مشخص کنید تا همه LEDهای موجود در ماژول با هم مطابقت داشته باشند، و تغییر رنگ کوچک بر اثر دما (شکل 5) را که معمولاً برای این کاربرد قابل قبول است در نظر بگیرید.

این رویکرد سیستماتیک اطمینان حاصل می‌کند که LED در محدوده عملیاتی ایمن خود کار می‌کند و عمر و قابلیت اطمینان را در یک کاربرد سخت‌افزاری به حداکثر می‌رساند.