دیتاشیت LED قرمز PLCC-2 - زاویه دید 120 درجه - شدت نور 3550 میلی‌کاندلا در 50 میلی‌آمپر - ولتاژ 2.2 ولت - درجه خودرویی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک LED قرمز با عملکرد بالا و نصب سطحی در پکیج PLCC-2 را به تفصیل شرح می‌دهد. این قطعه عمدتاً برای کاربردهای چالش‌برانگیز نورپردازی داخلی خودرو طراحی شده و ترکیبی از خروجی نوری بالا، زاویه دید گسترده و قابلیت اطمینان قوی را ارائه می‌دهد. مزایای اصلی آن شامل انطباق با استانداردهای سختگیرانه خودرویی مانند AEC-Q102، مقاومت عالی در برابر گوگرد (کلاس A1) و رعایت دستورالعمل‌های زیست‌محیطی مانند RoHS، REACH و الزامات بدون هالوژن است. بازار هدف، الکترونیک خودرو است، به ویژه برای نورپردازی محیطی داخلی، نور پس‌زمینه کلیدها و سایر عملکردهای نشانگر که در آن قابلیت اطمینان و عملکرد یکنواخت در شرایط سخت از اهمیت بالایی برخوردار است.

2. تحلیل عملی پارامترهای فنی

2.1 مشخصات نورسنجی و الکتریکی

معیارهای کلیدی عملکرد LED تحت شرایط آزمایش استاندارد تعریف شده‌اند. ولتاژ مستقیم معمول (V_F) در جریان مستقیم (I_F) 50 میلی‌آمپر، 2.20 ولت است که محدوده مشخص شده آن از 1.75 ولت (حداقل) تا 2.75 ولت (حداکثر) می‌باشد. شدت نور (I_V) در همان شرایط 50 میلی‌آمپر، معمولاً 3550 میلی‌کاندلا (mcd) رتبه‌بندی شده است، با حداقل 2800 mcd و حداکثر 5600 mcd. طول موج غالب (λ_d) بر روی 615 نانومتر متمرکز است که رنگ قرمز آن را تعریف می‌کند، با تلرانس ±1 نانومتر. این قطعه دارای زاویه دید بسیار گسترده 120 درجه (φ) است که دید خوبی از موقعیت‌های خارج از محور را تضمین می‌کند. حداکثر جریان مستقیم مطلق 70 میلی‌آمپر است و این قطعه برای کار با ولتاژ معکوس طراحی نشده است.

2.2 رتبه‌بندی‌های حرارتی و قابلیت اطمینان

مدیریت حرارتی برای طول عمر LED حیاتی است. مقاومت حرارتی اتصال به لحیم (R_{th JS}) دو مقدار دارد: 85 K/W (معمول، واقعی) و 60 K/W (معمول، الکتریکی). حداکثر دمای مجاز اتصال (T_J) 125 درجه سانتی‌گراد است، در حالی که محدوده دمای کاری (T_opr) از 40- درجه سانتی‌گراد تا +110 درجه سانتی‌گراد گسترده است. این قطعه می‌تواند دمای لحیم‌کاری ریفلو 260 درجه سانتی‌گراد را تا 30 ثانیه تحمل کند. برای محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)، برای 2 کیلوولت (مدل بدن انسان) رتبه‌بندی شده است. اتلاف توان (P_d) به 192 میلی‌وات محدود شده است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی رنگ و روشنایی در تولید، LEDها در دسته‌های مختلف (بین) مرتب می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

شدت نور در یک ساختار دسته‌بندی الفبایی-عددی دقیق دسته‌بندی شده است. دسته‌ها از L1 (11.2-14 mcd) تا دسته‌های با خروجی بالا مانند GA (18000-22400 mcd) متغیر هستند. قطعه خاص مورد بحث در این دیتاشیت، با توجه به رتبه معمول 3550 mcd آن، در دسته CA (2800-3550 mcd) قرار می‌گیرد. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد قطعاتی با سطوح روشنایی کاملاً کنترل شده را برای کاربردهای نورپردازی یکنواخت انتخاب کنند.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

طول موج غالب، که رنگ درک شده را تعیین می‌کند، نیز دسته‌بندی شده است. دسته‌ها توسط کدهای چهار رقمی تعریف می‌شوند که حداقل و حداکثر طول موج را بر حسب نانومتر نشان می‌دهند. به عنوان مثال، دسته '1215' طول موج‌های 612 تا 615 نانومتر را پوشش می‌دهد. طول موج معمول 615 نانومتری قطعه، آن را در دسته '1518' (615-618 نانومتر) یا به طور بالقوه در دسته '1215' قرار می‌دهد که بستگی به دسته تولید خاص دارد. این دسته‌بندی دقیق برای کاربردهایی که نیاز به نقاط رنگ خاص یا ترکیب رنگ دارند، بسیار مهم است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

نمودار ارائه شده رابطه بین جریان مستقیم و ولتاژ مستقیم در دمای 25 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهد. منحنی مشخصه یک دیود است و افزایش نمایی جریان را پس از عبول ولتاژ مستقیم از یک آستانه (حدود 1.7 ولت برای این LED) نشان می‌دهد. این منحنی برای طراحی مدار محدودکننده جریان به منظور اطمینان از عملکرد پایدار ضروری است.

4.2 مشخصات حرارتی

چندین نمودار تغییرات عملکرد با دما را نشان می‌دهند. نمودارشدت نور نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که خروجی نور با افزایش دما کاهش می‌یابد که رفتاری معمول برای LEDها است. نمودارولتاژ مستقیم نسبی در مقابل دمای اتصالنشان می‌دهد که V_Fدارای ضریب دمایی منفی است و به صورت خطی با افزایش دما کاهش می‌یابد. نمودارهایطول موج غالب در مقابل دمای اتصالوطول موج نسبی در مقابل دمای اتصالتغییر جزئی در طول موج (معمولاً چند نانومتر) با دما را نشان می‌دهند که برای کاربردهای حساس به رنگ مهم است.

4.3 توزیع طیفی و الگوی تابش

نمودارتوزیع طیفی نسبیخروجی تک‌رنگ قرمز را تأیید می‌کند، با پیکی حدود 615 نانومتر و انتشار بسیار کم در سایر قسمت‌های طیف. نمودارویژگی‌های نموداری معمول تابش(که در متن به طور کامل شرح داده نشده) معمولاً توزیع فضایی نور را نشان می‌دهد و زاویه دید 120 درجه‌ای را نشان می‌دهد که در آن شدت به نصف مقدار پیک خود می‌رسد.

4.4 کاهش رتبه (دریتینگ) و قابلیت تحمل پالس

منحنیکاهش جریان مستقیمبرای قابلیت اطمینان حیاتی است. این منحنی حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز را به عنوان تابعی از دمای پد لحیم (T_S) نشان می‌دهد. به عنوان مثال، در دمای T_S برابر 110 درجه سانتی‌گراد، حداکثر I_F به 55 میلی‌آمپر کاهش می‌یابد. نمودارقابلیت تحمل پالس مجازحداکثر جریان پالس غیرتکراری یا تکراری مجاز را برای عرض پالس‌های مختلف (t_p) و چرخه کاری (D) تعریف می‌کند که برای تنظیم نور PWM یا شرایط گذرا مفید است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

این LED از یک پکیج نصب سطحی استاندارد PLCC-2 (حامل تراشه با پایه پلاستیکی) استفاده می‌کند. اگرچه ابعاد مکانیکی دقیق (طول، عرض، ارتفاع) در بخش 7 دیتاشیت ارجاع داده شده اما در متن ارائه نشده است، این نوع پکیج به طور گسترده استفاده می‌شود و امکان مونتاژ خودکار Pick-and-Place را فراهم می‌کند. این قطعه دارای نشانه‌های واضح آند و کاتد برای جهت‌دهی صحیح روی PCB خواهد بود. یک طرح پد لحیم‌کاری توصیه شده ارائه شده است تا تشکیل صحیح اتصال لحیم و اتلاف حرارت مناسب در حین ریفلو را تضمین کند.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

این قطعه برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مناسب است. پروفایل مشخص شده اجازه می‌دهد دمای پیک 260 درجه سانتی‌گراد حداکثر به مدت 30 ثانیه اعمال شود. طراحان باید به این پروفایل پایبند باشند تا از آسیب حرارتی به پکیج پلاستیکی یا تراشه نیمه‌هادی جلوگیری شود. اقدامات احتیاطی برای استفاده احتمالاً شامل رویه‌های استاندارد دست‌زنی برای جلوگیری از تنش مکانیکی روی پایه‌ها، محافظت در برابر رطوبت (سطح MSL 2) و اجتناب از تخلیه الکترواستاتیک بیش از حد است. شرایط نگهداری مناسب باید با محدوده دمای ذخیره‌سازی مشخص شده 40- تا +110 درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک مطابقت داشته باشد.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

شماره قطعه برای این دستگاه 57-21R-UR0501H-AM است. اطلاعات سفارش و جزئیات بسته‌بندی (مانند مشخصات نوار و قرقره، تعداد در هر قرقره) در بخش‌های 6 و 10 دیتاشیت پوشش داده شده است. ساختار شماره قطعه ممکن است اطلاعاتی مانند رنگ (R برای قرمز)، نوع پکیج و احتمالاً کدهای دسته‌بندی را کدگذاری کند که امکان سفارش دقیق درجه عملکرد مورد نیاز را فراهم می‌کند.

8. توصیه‌های کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی،نورپردازی داخلی خودرواست. این شامل نور پس‌زمینه داشبورد، نورپردازی محیطی کفپا، نور پس‌زمینه دکمه‌ها و کلیدهای کنترل و نشانگرهای وضعیت روی کنسول مرکزی می‌شود. تاییدیه AEC-Q102 و مقاومت در برابر گوگرد آن، آن را به طور خاص برای محیط خشن داخل خودرو که می‌تواند شامل دمای بالا، چرخه‌های حرارتی و قرارگیری در معرض گازهای خورنده باشد، مناسب می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

هنگام طراحی با این LED، مهندسان باید چندین عامل را در نظر بگیرند:
1. درایو جریان:یک درایور جریان ثابت برای حفظ خروجی نور پایدار توصیه می‌شود، زیرا روشنایی LED تابعی از جریان است، نه ولتاژ. مدار باید I_Fرا برای عملکرد معمول به 50 میلی‌آمپر محدود کند و هرگز از 70 میلی‌آمپر تجاوز نکند.
2. مدیریت حرارتی:طرح PCB باید اتلاف حرارت از پدهای لحیم را تسهیل کند تا از تجاوز دمای اتصال از 125 درجه سانتی‌گراد جلوگیری شود، به ویژه در محیط‌های با دمای محیط بالا. استفاده از طرح پد توصیه شده و احتمالاً وایاهای حرارتی توصیه می‌شود.
3. محافظت ESD:اگرچه برای 2 کیلوولت HBM رتبه‌بندی شده است، اما پیاده‌سازی محافظت ESD پایه روی خطوط ورودی روش خوبی است، به ویژه در حین دست‌زنی و مونتاژ.
4. طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه انتشار گسترده‌ای فراهم می‌کند. برای نور متمرکز، ممکن است اپتیک ثانویه (لنز) مورد نیاز باشد.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای تجاری استاندارد، تمایزهای کلیدی این دستگاه، گواهی‌های قابلیت اطمینان درجه خودرویی آن است. تاییدیه AEC-Q102 شامل مجموعه‌ای از آزمایش‌های سختگیرانه برای عملکرد در دمای بالا، شوک حرارتی، مقاومت در برابر رطوبت و طول عمر است. رتبه مقاومت در برابر گوگرد کلاس A1 نشان‌دهنده مقاومت برتر در برابر جوهای حاوی گوگرد است که به دلیل برخی ترکیبات لاستیک و روان‌کننده‌ها، یک حالت خرابی رایج در محیط‌های خودرویی است. محدوده دمای کاری گسترده (40- تا +110 درجه سانتی‌گراد) از LEDهای مصرفی معمولی فراتر می‌رود و عملکرد را در تمام شرایط آب و هوایی که یک وسیله نقلیه ممکن است با آن مواجه شود، تضمین می‌کند.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً با منبع تغذیه 3.3 ولت راه‌اندازی کنم؟
ج: خیر. ولتاژ مستقیم معمول 2.2 ولت است، اما می‌تواند تا 1.75 ولت پایین باشد. اتصال مستقیم آن به منبع 3.3 ولت بدون مقاومت محدودکننده جریان یا درایور، باعث جریان بیش از حد می‌شود که ممکن است از حداکثر رتبه مطلق 70 میلی‌آمپر تجاوز کرده و LED را از بین ببرد. یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت اجباری است.

س: اگر به جای 50 میلی‌آمپر، آن را با 30 میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم، خروجی نور چگونه تغییر می‌کند؟
ج: با مراجعه به نمودارشدت نور نسبی در مقابل جریان مستقیم، خروجی به صورت خطی با جریان متناسب نیست. در 30 میلی‌آمپر، شدت نسبی تقریباً 0.6 (یا 60٪) مقدار آن در 50 میلی‌آمپر است. بنابراین، شدت نور تقریباً 2130 mcd (0.6 * 3550 mcd) خواهد بود.

س: آیا این LED برای تنظیم نور PWM مناسب است؟
ج: بله، LEDها برای تنظیم نور PWM ایده‌آل هستند. باید به نمودارقابلیت تحمل پالس مجازمراجعه کرد تا اطمینان حاصل شود که جریان پیک، عرض پالس و چرخه کاری انتخاب شده در محدوده ایمن عملیاتی قرار دارند. معمولاً برای فرکانس‌های تنظیم نور بالای 100 هرتز، نمودار اجازه جریان‌های پالسی بالاتر از حداکثر DC را می‌دهد، اما میانگین توان همچنان باید مدیریت شود.

11. موردکاوی طراحی و استفاده عملی

مورد: طراحی نور پس‌زمینه کلید خودرو.یک طراح نیاز به روشن کردن یک ردیف از 5 کلید فشاری روی کنسول مرکزی دارد. هر کلید به روشنایی قرمز یکنواخت و سطح پایین نیاز دارد. طراح این LED را به دلیل قابلیت اطمینان آن انتخاب می‌کند. با استفاده از منبع تغذیه 12 ولت خودرو، مداری طراحی شده است که در آن هر LED توسط یک تنظیم‌کننده جریان ثابت اختصاصی تنظیم شده روی 50 میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شود. LEDها روی PCB پشت یک راهنمای نور قرار می‌گیرند تا پرتو 120 درجه‌ای به طور یکنواخت در سراسر آیکون کلید توزیع شود. تحلیل حرارتی تأیید می‌کند که در بدترین حالت دمای کابین 85 درجه سانتی‌گراد، دمای پد لحیم زیر 100 درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند و جریان مستقیم را در محدوده کاهش یافته از نمودار نگه می‌دارد، بنابراین قابلیت اطمینان بلندمدت را تضمین می‌کند.

12. مقدمه‌ای بر اصول عملکرد

دیودهای ساطع‌کننده نور (LEDها) دستگاه‌های نیمه‌هادی هستند که از طریق الکترولومینسانس نور ساطع می‌کنند. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم در سراسر اتصال p-n اعمال می‌شود، الکترون‌های ماده نوع n با حفره‌های ماده نوع p در ناحیه فعال بازترکیب می‌شوند. این فرآیند بازترکیب، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. طول موج خاص (رنگ) نور ساطع شده توسط گاف انرژی مواد نیمه‌هادی مورد استفاده در ساخت تراشه LED تعیین می‌شود. در این LED قرمز، معمولاً از موادی مانند آلومینیوم گالیم آرسناید (AlGaAs) یا ترکیبات مشابه برای تولید فوتون‌هایی با طول موج حدود 615 نانومتر استفاده می‌شود که چشم انسان آن را به عنوان رنگ قرمز درک می‌کند.

13. روندها و تحولات فناوری

روند در نورپردازی LED خودرو به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات) است که مصرف برق و بار حرارتی را کاهش می‌دهد. همچنین حرکت به سمت اندازه پکیج کوچکتر با چگالی توان بالاتر وجود دارد که امکان طراحی‌های فشرده‌تر و شیک‌تر را فراهم می‌کند. علاوه بر این، ادغام الکترونیک کنترل مستقیماً با پکیج LED (مانند درایورهای LED، مدارهای محافظ) رایج‌تر می‌شود و طراحی سیستم را برای مهندسان ساده می‌کند. تقاضا برای گاموت رنگ حتی گسترده‌تر و شاخص‌های بازآفرینی رنگ (CRI) بالاتر برای نورپردازی محیطی داخلی نیز در حال پیشبرد پیشرفت‌ها در فناوری فسفر و طراحی‌های چند تراشه است، اگرچه این دستگاه خاص یک LED قرمز تک‌رنگ است. استانداردهای قابلیت اطمینان همچنان در حال تکامل هستند، با الزامات طول عمر طولانی‌تر و آزمایش برای عوامل استرس‌زای محیطی جدید.