دیتاشیت LED RGB SMD مدل LTSA-E35BCEGBW - بسته‌بندی 12mm - تغذیه 5V - پروتکل ISELED - مستندات فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات یک ماژول LED RGB نصب‌سطحی با عملکرد بالا را تشریح می‌کند که برای کاربردهای لوازم جانبی خودرویی پرتقاضا طراحی شده است. این قطعه، چیپ‌های LED قرمز، سبز و آبی را با یک درایور IC اختصاصی که از پروتکل ارتباط دیجیتال ISELED پشتیبانی می‌کند، یکپارچه کرده است. این یکپارچگی امکان کنترل دقیق رنگ، اتصال زنجیره‌ای چندین واحد و ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند جبران‌سازی دما را مستقیماً درون بسته LED فراهم می‌آورد.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

مزیت اصلی این محصول، ترکیب عملکرد LED با روشنایی بالا با کنترل دیجیتال هوشمند در یک بسته SMD فشرده است. ویژگی‌های کلیدی شامل موارد زیر می‌شود:

• رابط سریال دیجیتال:از یک باس ارتباط سریال دوطرفه و نیمه‌دوبلکس منطبق بر ISELED با سرعت 2 مگابیت بر ثانیه استفاده می‌کند. این امر امکان کنترل دقیق روشنایی 8 بیتی برای هر کانال رنگی و اتصال تا 4079 دستگاه در یک زنجیره واحد را فراهم می‌کند و سیم‌کشی در سیستم‌های روشنایی پیچیده را ساده می‌سازد.
• هوشمندی مجتمع:درایور IC روی‌برد، تولید PWM برای ترکیب رنگ را مدیریت کرده و دارای یک ADC مجتمع برای حس‌گری دما است. این درایور به‌طور خودکار جبران‌سازی را بر جریان راه‌اندازی LED قرمز اعمال می‌کند تا خروجی نوری یکنواختی در محدوده دمای کاری حفظ شود.
• استحکام خودرویی:این قطعه مطابق با استاندارد AEC-Q102 برای تاس‌های LED و AEC-Q100 برای درایور IC تأیید شده است. این قطعه برای حساسیت رطوبتی سطح 2 JEDEC پیش‌شرط‌سازی شده و با فرآیندهای لحیم‌کاری بازجوشی مادون قرمز بدون سرب سازگار است.
• طراحی برای ساخت:این قطعه بر روی ریلی 7 اینچی و در نوار 12 میلی‌متری عرضه می‌شود. بسته‌بندی آن با تجهیزات استاندارد اتوماتیک Pick-and-Place و لحیم‌کاری سازگار است که تولید انبوه را تسهیل می‌کند.

1.2 بازار هدف و کاربردها

بازار هدف اصلی، صنعت خودروسازی است، به‌ویژه برای کاربردهای روشنایی لوازم جانبی داخلی و خارجی که در آن‌ها عملکرد قابل اطمینان، کنترل دقیق رنگ و قابلیت شبکه‌ای شدن مورد نیاز است. موارد استفاده بالقوه شامل نورپردازی محیطی، نشانگرهای وضعیت و المان‌های روشنایی تزئینی می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تحلیل عینی عمیق

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق و شرایط کاری

درک محدودیت‌های عملکرد برای طراحی قابل اطمینان حیاتی است. این دستگاه از منبع تغذیه 4.5V تا 5.5V کار می‌کند، با ولتاژ نامی 5.0V. محدوده دمای محیط کاری از 40- درجه سلسیوس تا 110+ درجه سلسیوس مشخص شده است، با حداکثر دمای اتصال 125 درجه سلسیوس. این دستگاه برای تحمل ولتاژ ESD معادل 2 کیلوولت (HBM، کلاس H1C مطابق AEC-Q101-001) درجه‌بندی شده است. دمای نگهداری باید بین 40- تا 125+ درجه سلسیوس باشد.

2.2 مشخصات فوتومتریک و نوری

عملکرد نوری در دمای اتصال 25 درجه سلسیوس و تحت دستورات حداکثر روشنایی اندازه‌گیری می‌شود. معیارهای کلیدی شامل موارد زیر است:

• شدت نورانی:شدت نورانی معمول برای رنگ‌های منفرد 530 میلی‌کاندلا برای قرمز (طول موج غالب 622 نانومتر)، 1180 میلی‌کاندلا برای سبز (527 نانومتر) و 90 میلی‌کاندلا برای آبی (461 نانومتر) است. هنگامی که هر سه رنگ در حداکثر توان راه‌اندازی شوند (نور سفید)، شدت نورانی ترکیبی معمول 1800 میلی‌کاندلا است.
• مشخصات رنگ:مختصات رنگی معمول برای نور سفید x=0.3127 و y=0.3290 است که مطابق با نقطه سفید D65 می‌باشد. زاویه دید (2θ1/2) 120 درجه است که الگوی نوری پخش‌شده و وسیعی مناسب برای روشنایی منطقه‌ای فراهم می‌کند.
• تلرانس‌ها:شدت نورانی تلرانس ±10%، طول موج غالب ±1 نانومتر و مختصات رنگی ±0.01 دارد. این‌ها تلرانس‌های استاندارد برای LEDهای با عملکرد متوسط تا بالا هستند.

2.3 مشخصات الکتریکی و حرارتی

مشخصات الکتریکی، مصرف توان و الزامات مدیریت حرارتی دستگاه را نشان می‌دهد.

• مصرف جریان:مصرف جریان متوسط بسته به رنگ متفاوت است. مقادیر معمول برای قرمز 26.7 میلی‌آمپر، برای سبز 20.5 میلی‌آمپر و برای آبی 10.0 میلی‌آمپر است، زمانی که هر کدام به‌طور جداگانه در حداکثر روشنایی راه‌اندازی شوند. درایور IC خود به‌طور معمول جریان بی‌بار (I_drv) معادل 1.2 میلی‌آمپر مصرف می‌کند.
• مقاومت حرارتی:مقاومت حرارتی از اتصال LED تا نقطه لحیم‌کاری (Rth_JS) یک پارامتر حیاتی برای دفع حرارت است. مقادیر معمول برای چیپ قرمز 70.3 درجه سلسیوس بر وات، برای سبز 71 درجه سلسیوس بر وات و برای آبی 61.7 درجه سلسیوس بر وات است. این مقادیر بر روی یک زیرلایه FR4 با پد مسی 16 میلی‌متر مربعی اندازه‌گیری شده‌اند. طراحی حرارتی مناسب PCB برای نگه داشتن دمای اتصال زیر حداکثر 125 درجه سلسیوس ضروری است، به‌ویژه هنگام راه‌اندازی همزمان چند رنگ یا در دمای محیطی بالا.

2.4 ریست هنگام روشن‌شدن و رابط ارتباطی

این دستگاه دارای مدار ریست هنگام روشن‌شدن با آستانه معمول 4.2 ولت (حداقل 4.0V، حداکثر 4.4V) است. رابط ارتباط سریال از سیگنالینگ دیفرانسیل روی پایه‌های SIO_P و SIO_N استفاده می‌کند که سطح ولتاژ آن‌ها با محدوده منبع تغذیه Vcc (4.5V تا 5.5V) مطابقت دارد.

3. تحلیل منحنی‌های عملکرد

3.1 وابستگی شدت نورانی به دما

نمودارهای ارائه‌شده، شدت نورانی نسبی (نرمال‌شده بر مقدار در 25 درجه سلسیوس) را به عنوان تابعی از دمای اتصال برای هر رنگ اصلی و برای نور سفید نشان می‌دهند. یک مشاهده کلیدی، افت قابل توجه شدت LED قرمز با افزایش دما است که مشخصه شناخته‌شده مواد AlInGaP می‌باشد. این موضوع اهمیت ویژگی جبران‌سازی دمای مجتمع را برجسته می‌کند که چرخه کاری PWM قرمز را برای مقابله با این افت و حفظ پایداری رنگ تنظیم می‌کند.

3.2 وابستگی مختصات رنگی به دما

نمودارهای اضافی، تغییر در مختصات رنگی (ΔCx, ΔCy) با دمای اتصال را نشان می‌دهند. این تغییرات برای کانال‌های قرمز و آبی بیشترین نمود را دارند. این داده‌ها مبنایی برای درک رانش رنگ در عملکرد بدون جبران‌سازی فراهم کرده و ارزش جبران‌سازی روی‌برد و پتانسیل کالیبراسیون رنگ در سطح سیستم با استفاده از رابط دیجیتال را برجسته می‌سازد.

4. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

4.1 ابعاد و طرح کلی بسته

این دستگاه از یک بسته نصب‌سطحی استفاده می‌کند. نقشه ابعادی، فوت‌پرینت فیزیکی و ارتفاع را نشان می‌دهد. تمام ابعاد حیاتی بر حسب میلی‌متر با تلرانس عمومی ±0.2 میلی‌متر ارائه شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. لنز برای دستیابی به زاویه دید وسیع 120 درجه‌ای، پخش‌شده است.

4.2 پیکربندی و عملکرد پایه‌ها

این دستگاه دارای پیکربندی 8 پایه است:

1. PRG5:زمین (برای ساخت/تست LED).
2. SIO1_N:سمت مستر ارتباط سریال، خط دیفرانسیل منفی.
3. SIO1_P:سمت مستر ارتباط سریال، خط دیفرانسیل مثبت.
4. GND:زمین (پایه 4).
5. GND:زمین (پایه 5).
6. SIO2_P:سمت اسلیو ارتباط سریال، خط دیفرانسیل مثبت (برای اتصال زنجیره‌ای).
7. SIO2_N:سمت اسلیو ارتباط سریال، خط دیفرانسیل منفی.
8. Vcc_5V:منبع تغذیه IC (5V).

دو پایه زمین (4 و 5) و پورت‌های ارتباطی جداگانه، توزیع توان قوی و اتصال زنجیره‌ای آسان چندین دستگاه را تسهیل می‌کنند.

5. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

5.1 پروفیل بازجوشی IR

یک پروفیل بازجوشی توصیه‌شده برای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است که مطابق با J-STD-020B است. این پروفیل پارامترهای کلیدی از جمله پیش‌گرم، خیس‌اندن، دمای اوج بازجوشی (حداکثر 260 درجه سلسیوس به مدت 10 ثانیه) و نرخ‌های خنک‌سازی را مشخص می‌کند. رعایت این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به چیپ‌های LED، درایور IC و اتصالات سیمی داخلی و اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت حیاتی است.

5.2 نکات حمل‌ونقل و نگهداری

این دستگاه برای سطح 2 JEDEC پیش‌شرط‌سازی شده است. این بدان معناست که قطعات حساس به رطوبت، پخته شده و با یک ماده خشک‌کن بسته‌بندی شده‌اند. پس از باز کردن کیسه خشک مهر و موم شده، قطعات باید در یک بازه زمانی مشخص (معمولاً 1 سال در<رطوبت نسبی 10%، یا زمان کوتاه‌تر در رطوبت بالاتر) مونتاژ شوند یا طبق دستورالعمل سازنده مجدداً پخته شوند تا از "پاپ کورن شدن" در حین بازجوشی جلوگیری شود.

6. شرح عملکرد و معماری سیستم

6.1 مرور بلوک دیاگرام داخلی

بلوک دیاگرام عملکردی یک سیستم مجتمع را نشان می‌دهد. هسته آن یک میکروکنترلر "واحد اصلی" است که ارتباطات، تولید PWM و عملکردهای سیستم را مدیریت می‌کند. این واحد دستورات را از طریق رابط سریال ISELED دریافت می‌کند. سه سینک جریان ثابت مستقل و قابل پیکربندی، آندهای LED قرمز، سبز و آبی را راه‌اندازی می‌کنند (راه‌اندازی سمت پایین). یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) مجتمع، دمای دستگاه را به‌طور دوره‌ای از طریق یک سنسور داخلی اندازه‌گیری می‌کند. این داده توسط واحد اصلی برای تنظیم پویای چرخه کاری PWM برای LED قرمز، به منظور جبران افت حرارتی آن استفاده می‌شود. همچنین می‌توان به ADC دستور داد تا مقادیر آنالوگ دیگر را اندازه‌گیری کند. یک حافظه غیرفرار قابل برنامه‌ریزی یک‌باره (OTP)، داده‌های کالیبراسیون منحصر به فرد هر دستگاه (مانند مقادیر تنظیم برای سینک‌های جریان) را ذخیره می‌کند که هنگام روشن شدن در ثبات‌ها بارگذاری می‌شود.

6.2 پروتکل PWM و ارتباط

روشنایی هر رنگ از طریق مدولاسیون عرض پالس (PWM) با وضوح 8 بیتی (256 سطح) کنترل می‌شود. پروتکل ISELED انتقال این مقادیر روشنایی، آدرس‌دهی دستگاه و خواندن اطلاعات وضعیت (مانند دما) را مدیریت می‌کند. ماهیت دوطرفه آن امکان ارتباط تشخیصی، تأیید حضور و سلامت دستگاه در یک زنجیره را فراهم می‌کند.

7. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

7.1 مدارهای کاربردی معمول

در یک کاربرد معمول، یک میکروکنترلر میزبان با یک ترانس‌سیور ISELED به پایه‌های SIO1_P/N اولین LED در یک زنجیره متصل می‌شود. پایه‌های SIO2_P/N آن LED به پایه‌های SIO1_P/N LED بعدی متصل می‌شوند و به همین ترتیب. یک ریل منبع تغذیه 5V واحد که به‌طور مناسب با خازن‌های محلی دکاپل شده است، تمام LEDهای موجود در زنجیره را تغذیه می‌کند. چیدمان PCB باید اتصالات زمین با امپدانس کم و مدیریت حرارتی مناسب را با استفاده از مناطق کافی از مس ریخته‌شده متصل به پایه‌های زمین دستگاه و پد حرارتی (در صورت وجود در فوت‌پرینت) برای دفع حرارت تضمین کند.

7.2 ملاحظات طراحی

• مدیریت حرارتی:اتلاف توان مورد انتظار را محاسبه کنید (P = Vcc * I_total) و از مقاومت حرارتی (Rth_JS) برای تخمین افزایش دما نسبت به نقطه لحیم‌کاری PCB استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که طراحی PCB می‌تواند این حرارت را به‌طور مؤثر دفع کند تا Tj زیر<125 درجه سلسیوس باقی بماند.
• منبع تغذیه:منبع تغذیه 5V باید پایدار و قادر به تأمین جریان اوج برای کل زنجیره LEDها باشد. جریان هجوم هنگام روشن‌شدن را در نظر بگیرید.
• یکپارچگی سیگنال:برای زنجیره‌های طولانی یا در محیط‌های پرنویز الکتریکی (مانند خودرو)، بهترین روش‌ها را برای مسیریابی جفت دیفرانسیل (هم‌طول‌سازی، کنترل امپدانس در صورت امکان) برای خطوط SIO دنبال کنید.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای RGB آنالوگ سنتی، این دستگاه مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:دقت:کنترل دیجیتال، تغییرات رنگ ناشی از تفاوت‌های ولتاژ مستقیم و تلرانس‌های درایور آنالوگ را حذف می‌کند.سادگی:تعداد خطوط کنترل را از چندین خط PWM برای هر LED به یک جفت دیفرانسیل برای کل یک زنجیره کاهش می‌دهد.هوشمندی:جبران‌سازی دمای داخلی و کالیبراسیون ذخیره‌شده در OTP، عملکرد یکنواخت را بدون نیاز به مدارات خارجی پیچیده تضمین می‌کند.تشخیص عیب:باس دوطرفه امکان نظارت بر سلامت در سطح سیستم را فراهم می‌کند. اصلی‌ترین معاوضه، افزایش پیچیدگی نرم‌افزار پروتکل ارتباط دیجیتال در مقایسه با تولید ساده PWM است.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: چند عدد از این LEDها را می‌توانم به صورت سری وصل کنم؟

ج: تا 4079 دستگاه را می‌توان از طریق رابط ISELED در یک زنجیره تسبیحی واحد متصل کرد.

س: آیا جبران‌سازی دما به‌طور خودکار کار می‌کند؟

ج: بله، درایور IC داخلی به‌طور خودکار دما را اندازه‌گیری کرده و چرخه کاری PWM LED قرمز را برای حفظ شدت نورانی ثابت تنظیم می‌کند. این یک ویژگی سخت‌افزاری مستقل از کنترلر میزبان است.

س: هدف از حافظه OTP چیست؟

ج: OTP داده‌های کالیبراسیون منحصر به فرد هر دستگاه، مانند مقادیر تنظیم برای سینک‌های جریان یا ضرایب کالیبراسیون رنگ را ذخیره می‌کند. این امر امکان عملکرد بسیار یکنواخت در بین تمام واحدهای یک دسته تولیدی را فراهم می‌آورد.

س: آیا می‌توانم از یک میکروکنترلر 3.3V برای ارتباط با LED 5V استفاده کنم؟

ج: پایه‌های SIO در سطح ولتاژ Vcc (4.5-5.5V) کار می‌کنند. اتصال مستقیم به یک دستگاه منطقی 3.3V ممکن است قابل اطمینان نباشد. به یک شیفت‌دهنده سطح یا یک ترانس‌سیور IC طراحی‌شده برای کار با ولتاژ پایین‌تر نیاز خواهد بود.

10. مثال موردی عملی

سناریو: نورپردازی محیطی پانل درب خودرو.یک طراح می‌خواهد نورپردازی محیطی چندمنطقه‌ای و تغییررنگ را در امتداد پانل درب و دسته‌گیره پیاده‌سازی کند. با استفاده از این LED، می‌توانند یک زنجیره طولانی از LEDها (مثلاً 50 قطعه) ایجاد کنند که توسط یک مستر ISELED واقع در ماژول درب کنترل می‌شود. هر LED می‌تواند به‌طور جداگانه آدرس‌دهی یا گروه‌بندی شود. میزبان می‌تواند دستوراتی برای تنظیم هر رنگ یا الگوی نورپردازی پویا ارسال کند. جبران‌سازی دمای مجتمع تضمین می‌کند که شدت رنگ قرمز حتی زمانی که پانل درب از نور خورشید گرم می‌شود، پایدار باقی می‌ماند و از تغییر رنگ ناخواسته به سمت آبی/سبز جلوگیری می‌کند. سیم‌کشی زنجیره‌ای تسبیحی در مقایسه با راه‌حل موازی RGB+درایور، تعداد سیم‌های مورد نیاز را به شدت کاهش داده و طراحی هارنس را ساده و هزینه و وزن را کاهش می‌دهد.

11. معرفی اصل عملکرد

این دستگاه بر اساس اصل سیگنال مختلط عمل می‌کند. هسته دیجیتال داده سریال را دریافت کرده، دستورات را رمزگشایی می‌کند و ثبات‌هایی را تنظیم می‌کند که چرخه کاری PWM را برای سه مولد سخت‌افزاری PWM مستقل تعریف می‌کنند. این سیگنال‌های PWM، MOSFETهای سمت پایین را که به عنوان سینک جریان ثابت برای LEDها عمل می‌کنند، راه‌اندازی می‌کنند. سطح جریان برای هر کانال به‌طور داخلی ثابت است (احتمالاً توسط کالیبراسیون OTP تنظیم شده است). بخش آنالوگ شامل سنسور دما است که خروجی ولتاژ آن توسط ADC دیجیتالی می‌شود. منطق دیجیتال از این قرائت دما برای اعمال یک منحنی جبران‌سازی از پیش تعریف‌شده استفاده کرده و مقدار ثبات PWM قرمز را در زمان واقعی تغییر می‌دهد. این کنترل حلقه بسته (حس‌گری دما، تنظیم راه‌اندازی) به‌طور خودمختار درون دستگاه اتفاق می‌افتد.

12. روندها و زمینه فناوری

این محصول بخشی از یک روند واضح در نورپردازی LED است: حرکت از حالت آنالوگ به گره‌های دیجیتال و هوشمند. پروتکل ISELED یک اکوسیستم خاص است که برای نورپردازی خودرو توسعه یافته و با استانداردهای دیگر مانند LEDهای آدرس‌پذیر مبتنی بر SPI (مانند WS2812B) یا اترنت خودرویی رقابت می‌کند. یکپارچه‌سازی حس‌گری (دما) و پردازش مستقیماً در بسته LED، "نورپردازی هوشمند" را ممکن می‌سازد که در آن هر نقطه نور می‌تواند به‌طور جداگانه کالیبره، نظارت و کنترل شود. این امر ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند نگهداری پیش‌بینانه (تشخیص تخریب LED)، الگوهای نورپردازی تطبیقی پیچیده و تطبیق رنگ بی‌درز در بین مواد و دسته‌های تولیدی مختلف را تسهیل می‌کند. تمرکز بر تأییدیه AEC-Q و ارتباطات قوی، آن را برای شرایط سخت الکتریکی و محیطی کاربردهای خودرویی، که یک حوزه رشد کلیدی برای فناوری LED پیشرفته است، مناسب می‌سازد.