دیتاشیت SMD RGB LED مدل 19-C47 - کنترل PWM 8 بیتی - تغذیه 5 ولت - تمام رنگی - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

مدل 19-C47 یک دستگاه نصب سطحی (SMD) فشرده است که سه چیپ ال ای دی مجزا (قرمز، سبز، آبی) را با یک درایور مجتمع سه کاناله جریان ثابت ادغام می‌کند. این ادغام امکان ترکیب و کنترل دقیق رنگ را فراهم می‌آورد و آن را به یک جزء کلیدی برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که نیازمند خروجی تمام رنگی پرجنب‌وجوش و قابل برنامه‌ریزی هستند. مزیت اصلی آن در ترکیب اندازه کوچک، مدار خارجی ساده‌شده به دلیل درایور داخلی و کنترل پیچیده مدولاسیون عرض پالس (PWM) 8 بیتی برای هر کانال رنگ نهفته است.

1.1 ویژگی‌ها و مزایای اصلی

• درایور مجتمع:شامل یک درایور ال ای دی سه کاناله با کنترل خطی PWM 8 بیتی است که نیاز به کنترلرهای PWM خارجی برای ترکیب رنگ پایه را از بین می‌برد.
• عمق رنگ بالا:هر چیپ RGB می‌تواند با 256 سطح روشنایی (8 بیتی) کنترل شود که امکان ایجاد بیش از 16 میلیون رنگ ممکن (256^3) را فراهم می‌کند.
• پکیج SMD فشرده:به طور قابل توجهی کوچکتر از ال ای دی‌های سنتی با پایه‌های سیمی است و امکان تراکم بالاتر روی برد، کاهش اندازه محصول نهایی و مناسب بودن برای مونتاژ اتوماتیک Pick-and-Place را فراهم می‌کند.
• مطابقت:این محصول بدون سرب، مطابق با استانداردهای RoHS، EU REACH و بدون هالوژن (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm) است.
• سازگاری فرآیند:برای سازگاری با فرآیندهای استاندارد لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز و فاز بخار طراحی شده است.

1.2 کاربردهای هدف

این قطعه برای کاربردهایی طراحی شده است که نیازمند روشنایی و نمایش تمام رنگی پویا هستند.

• نمایشگرهای ویدیویی و تابلوهای تمام رنگی ال ای دی داخلی و خارجی.
• نوارهای ال ای دی تزئینی و روشنایی معماری.
• نور پس‌زمینه برای پنل‌های ابزار، کلیدها و نمادها.
• شاخص‌های وضعیت و نور پس‌زمینه در تجهیزات مخابراتی.
• کاربردهای عمومی روشنایی تمام رنگی.

2. مشخصات فنی و تحلیل عمیق

2.1 محدوده‌های حداکثر مطلق و شرایط کاری

این پارامترها محدوده‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. کار در شرایط توصیه‌شده عملکرد قابل اطمینان را تضمین می‌کند.

• ولتاژ تغذیه (VDD):محدوده حداکثر مطلق +4.2V تا +5.5V است. ولتاژ کاری معمول توصیه‌شده 5.0V است. تجاوز از 5.5V می‌تواند به درایور IC داخلی آسیب برساند.
• ولتاژ ورودی (VIN):پین‌های ورودی منطقی (DIN) باید بین -0.5V و VDD+0.5V نگه داشته شوند. برای تشخیص قابل اطمینان منطقی بالا، ولتاژ 3.3V معمول است، در حالی که منطقی پایین باید زیر 0.3*VDD (معمولاً 1.5V در VDD=5V) باشد.
• محافظت ESD:دارای رتبه 2000V مدل بدن انسان (HBM) است. در حالی که این محافظت اولیه برای جابجایی را ارائه می‌دهد، رعایت احتیاط‌های مناسب ESD در حین مونتاژ همچنان ضروری است.
• محدوده‌های دما:دمای کاری از -20°C تا +70°C است. دمای نگهداری از -40°C تا +90°C گسترش می‌یابد. پروفیل لحیم‌کاری حیاتی است: دمای اوج لحیم‌کاری ریفلو نباید بیش از 260°C به مدت 10 ثانیه، یا 350°C به مدت 3 ثانیه در لحیم‌کاری دستی باشد.

2.2 مشخصات الکتریکی DC

اندازه‌گیری شده در Ta=25°C، VDD=5V. این مشخصات رفتار الکتریکی دستگاه در شرایط استاتیک را تعریف می‌کنند.

• جریان تغذیه (IDD):مصرف جریان معمول خود درایور IC زمانی که تمام خروجی‌های ال ای دی خاموش هستند (چرخه کاری PWM 0%)، 2.5 میلی‌آمپر است. این جریان سکون است.
• آستانه‌های سطح منطقی:سطوح ولتاژ ورودی را تأیید می‌کند: VIH (بالا) معمولاً 3.3V است و VIL (پایین) حداکثر 0.3*VDD است.

2.3 تایمینگ و پروتکل ارتباط داده

دستگاه از یک پروتکل ارتباط سریال برای دریافت داده 24 بیتی (8 بیت برای هر کانال قرمز، سبز و آبی) استفاده می‌کند. تایمینگ برای انتقال داده بدون خطا حیاتی است.

• تایمینگ حالت پرسرعت:
  • T0H (کد 0، زمان بالا): 300ns ±80ns.
  • T0L (کد 0، زمان پایین): 900ns ±80ns.
  • T1H (کد 1، زمان بالا): 900ns ±80ns.
  • T1L (کد 1، زمان پایین): 300ns ±80ns.
  • RES (زمان ریست): باید بیشتر از 50µs سیگنال پایین برای قفل کردن داده باشد.
• فرمت داده:24 بیت داده به صورت متوالی برای یک دستگاه ارسال می‌شود: معمولاً G7-G0، R7-R0، B7-B0 (ترتیب ممکن است متفاوت باشد، جزئیات پروتکل را بررسی کنید).
• اتصال زنجیره‌ای:چندین دستگاه می‌توانند به صورت زنجیره‌ای متصل شوند. پین DOUT یک دستگاه به پین DIN دستگاه بعدی متصل می‌شود. پس از دریافت 24 بیت خود، دستگاه به طور خودکار بیت‌های بعدی را به DOUT ارسال می‌کند.
• نکات طراحی:
  • یک فیلتر RC و یک مقاومت Pull-up/Pull-down (R1، پیشنهاد 10kΩ تا 100kΩ) روی خط داده برای بهبود یکپارچگی سیگنال توصیه می‌شود.
  • یک خازن بای‌پس 0.1µF باید نزدیک به پین VDD قرار گیرد تا تغذیه پایدار و مصونیت در برابر نویز فراهم شود.

3. مشخصات الکترواپتیکال و سیستم باینینگ

این پارامترها خروجی نور و ویژگی‌های رنگ چیپ‌های ال ای دی را تعریف می‌کنند که در جریان مستقیم (IF) 5mA و Ta=25°C اندازه‌گیری شده‌اند.

3.1 عملکرد نوری

• شدت نور (Iv):خروجی نور معمول بر اساس رنگ چیپ متفاوت است:
  • قرمز (RS): 70 mcd (حداقل 28.5، حداکثر 180).
  • سبز (GH): 180 mcd (حداقل 140، حداکثر 360).
  • آبی (BH): 40 mcd (حداقل 28.5، حداکثر 72).
• زاویه دید (2θ1/2):زاویه دید گسترده 120 درجه، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به توزیع نور وسیع دارند.
• طول موج:
  • طول موج اوج (λp): قرمز ~632nm، سبز ~518nm، آبی ~468nm.
  • طول موج غالب (λd): قرمز 617.5-629.5nm، سبز 525-540nm، آبی 465-475nm.
• پهنای باند طیفی (Δλ):قرمز ~20nm، سبز ~35nm، آبی ~25nm.

3.2 توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات رنگ در تولید، ال ای دی‌ها بر اساس شدت نور در باین‌ها (دسته‌ها) دسته‌بندی می‌شوند. طراحان باید کدهای باین مورد نیاز را برای ظاهر یکنواخت در یک آرایه مشخص کنند.

• باین‌های قرمز (RS):N (28.5-45 mcd)، P (45-72 mcd)، Q (72-112 mcd)، R (112-180 mcd).
• باین‌های سبز (GH):R2 (140-180 mcd)، S1 (180-225 mcd)، S2 (225-285 mcd)، T1 (285-360 mcd).
• باین‌های آبی (BH):N (28.5-45 mcd)، P (45-72 mcd).

تلورانس‌ها:شدت نور دارای تلورانس ±11% و طول موج غالب دارای تلورانس ±1nm در داخل یک باین است.

4. اطلاعات مکانیکی، بسته‌بندی و مونتاژ

4.1 ابعاد پکیج و پین‌اوت

دستگاه در یک پکیج SMD فشرده ارائه می‌شود. طرح پد پیشنهادی نقطه شروع است و باید برای فرآیندهای تولید خاص بهینه‌سازی شود.

• کارکرد پین‌ها:
  1. DOUT:خروجی داده برای اتصال زنجیره‌ای به DIN دستگاه بعدی.
  2. VDD:ورودی تغذیه (+5V). نیاز به یک خازن بای‌پس محلی 0.1µF دارد.
  3. DIN:ورودی داده سریال برای داده کنترل PWM.
  4. GND:گراند مشترک برای تغذیه و داده.

4.2 دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

• پروفیل ریفلو:سازگار با پروفیل‌های استاندارد با دمای اوج حداکثر 260°C به مدت 10 ثانیه.
• محدود کردن جریان: حیاتی:درایور مجتمع کنترل جریان ثابت را برای ال ای دی‌ها بر اساس ورودی PWM فراهم می‌کند. با این حال، ولتاژ تغذیه خارجی (VDD) باید تنظیم شود. کمی اضافه ولتاژ می‌تواند باعث افزایش شدید جریان از طریق درایور و ال ای دی‌ها شده و منجر به سوختن فوری شود. تنظیم ولتاژ مناسب ضروری است.

4.3 حساسیت به رطوبت و نگهداری

این یک دستگاه حساس به رطوبت (MSD) است.

• قبل از باز کردن:کیسه ضد رطوبت مهر و موم شده را در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤90% نگهداری کنید.
• پس از باز کردن:"عمر مفید" آن 168 ساعت (7 روز) در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60% است. اگر در این مدت استفاده نشد، قطعات استفاده نشده باید با ماده خشک‌کن دوباره بسته‌بندی شوند.
• پخت:اگر عمر مفید سپری شود یا کارت نشانگر رطوبت نشان‌دهنده نفوذ رطوبت باشد، قبل از لحیم‌کاری نیاز به پخت است تا از آسیب "پاپ کورن" در حین ریفلو جلوگیری شود.

4.4 مشخصات بسته‌بندی

• نوار و قرقره:در نوار به عرض 8 میلی‌متر روی قرقره‌هایی به قطر 7 اینچ بسته‌بندی می‌شود. هر قرقره حاوی 2000 قطعه است.
• اطلاعات برچسب:برچسب‌های قرقره شامل شماره محصول (P/N)، تعداد (QTY) و کدهای باینینگ حیاتی برای رتبه شدت نور (CAT)، رتبه رنگ/طول موج (HUE) و رتبه ولتاژ مستقیم (REF) هستند.

5. ملاحظات طراحی کاربردی و سوالات متداول

5.1 مدار کاربردی معمول

یک کاربرد پایه شامل یک منبع تغذیه تنظیم‌شده 5V، یک میکروکنترلر (MCU) با پین I/O دیجیتال قادر به تولید پروتکل سریال دقیق و ال ای دی است. پین I/O میکروکنترلر به DIN اولین ال ای دی متصل می‌شود. برای چندین ال ای دی، آن‌ها به صورت زنجیره‌ای متصل می‌شوند. یک خازن سرامیکی 0.1µF بین VDD و GND در هر دستگاه قرار می‌گیرد. یک مقاومت سری (مثلاً 100Ω تا 470Ω) ممکن است در سری با خط داده نزدیک میکروکنترلر قرار گیرد تا نوسانات را کاهش دهد، اگرچه دیتاشیت یک فیلتر RC را پیشنهاد می‌کند.

5.2 ملاحظات طراحی

• منبع تغذیه:از یک منبع تغذیه 5V به خوبی تنظیم‌شده استفاده کنید. ریپل و نویز می‌تواند بر ثبات رنگ و یکپارچگی داده تأثیر بگذارد.
• یکپارچگی خط داده:برای کابل‌های بلند یا دستگاه‌های زیاد در یک زنجیره، ممکن است تخریب سیگنال رخ دهد. برای ارتباط قوی، استفاده از چیپ‌های بافر یا درایورهای دیفرانسیل را در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:در حالی که درایور جریان را کنترل می‌کند، ال ای دی‌ها گرما تولید می‌کنند. برای کار با چرخه کاری بالا یا دمای محیط بالا، اطمینان حاصل کنید که مس کافی روی PCB یا هیت‌سینک وجود دارد تا دمای اتصال در محدوده مجاز حفظ شود.
• کالیبراسیون رنگ:به دلیل تغییرات باینینگ، برای کاربردهای نمایشی حرفه‌ای، ممکن است یک مرحله کالیبراسیون رنگ با استفاده از کنترل PWM 8 بیتی برای دستیابی به نقطه سفید و گاموت رنگ یکنواخت در تمام پیکسل‌ها ضروری باشد.

5.3 سوالات متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

• س: حداکثر جریان هر کانال ال ای دی چقدر است؟ج: دیتاشیت یک جریان مستقیم (IF) ثابت برای ال ای دی‌ها هنگام راه‌اندازی توسط درایور داخلی مشخص نکرده است. خروجی نور در IF=5mA مشخص شده است که به احتمال زیاد جریان تنظیم‌شده درایور برای هر کانال است. طراحی جریان ثابت درایور از ال ای دی‌ها محافظت می‌کند، اما نباید از رتبه حداکثر مطلق VDD تجاوز کرد.
• س: آیا می‌توانم این ال ای دی را با یک میکروکنترلر 3.3V راه‌اندازی کنم؟ج: بله. ولتاژ ورودی منطقی بالا (VIH) معمولاً 3.3V است که با منطق 3.3V سازگار است. با این حال، اطمینان حاصل کنید که تغذیه VDD همچنان روی 5V باقی می‌ماند تا درایور ال ای دی به درستی کار کند.
• س: چند ال ای دی می‌توانم به صورت زنجیره‌ای متصل کنم؟ج: محدودیت توسط نرخ تازه‌سازی داده و یکپارچگی سیگنال تعیین می‌شود. هر دستگاه یک تأخیر انتشار کوچک اضافه می‌کند. برای یک جریان داده 24 بیتی در هر دستگاه و یک نرخ تازه‌سازی هدف (مثلاً 60Hz)، می‌توانید حداکثر تعداد را محاسبه کنید. با کلاک 800kbps، صدها دستگاه را می‌توان برای روشنایی استاتیک زنجیره کرد، اما برای ویدیو، تعداد به دلیل نیاز به نرخ تازه‌سازی بالا کمتر است.
• س: چرا خازن بای‌پس اجباری است؟ج: درایور IC جریان را به ال ای دی‌ها در فرکانس‌های بالا (PWM) سوئیچ می‌کند. این باعث ایجاد جهش‌های ناگهانی جریان روی خط VDD می‌شود. خازن محلی 0.1µF این جریان فرکانس بالا را به صورت محلی تأمین می‌کند و از افت ولتاژی که می‌تواند IC را ریست کند یا باعث سوسو زدن شود جلوگیری کرده و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش می‌دهد.

6. مقایسه فنی و روندها

6.1 تمایز از ال ای دی‌های پایه

متمایزکننده اصلی مدل 19-C47 درایور مجتمع آن است. در مقایسه با یک ال ای دی RGB مجزا که نیاز به سه مقاومت محدودکننده جریان خارجی و یک کنترلر PWM خارجی (مثلاً از یک میکروکنترلر با سه پین PWM) دارد، این دستگاه طراحی را ساده می‌کند. این دستگاه تنها به یک خط داده و تغذیه نیاز دارد و به طور چشمگیری تعداد پین‌های میکروکنترلر و پیچیدگی نرم‌افزار را برای آرایه‌های بزرگ کاهش می‌دهد. معامله این است که هزینه قطعه کمی بالاتر است و نیاز به مدیریت پروتکل سریال دارد.

6.2 اصل عملکرد

دستگاه بر اساس اصل شیفت رجیستر سریال-ورودی، موازی-خروجی برای داده PWM عمل می‌کند. کلمه داده 24 بیتی به یک رجیستر داخلی کلاک می‌شود. این رجیستر مولدهای PWM 8 بیتی جداگانه برای هر رنگ را کنترل می‌کند. مولدهای PWM منابع جریان ثابت را که چیپ‌های ال ای دی مربوطه را راه‌اندازی می‌کنند، مدوله می‌کنند. چشم انسان پالس‌های روشن/خاموش سریع را ادغام می‌کند و یک سطح روشنایی خاص برای هر رنگ اصلی درک می‌کند که برای تشکیل رنگ نهایی ترکیب می‌شوند.

6.3 روندهای صنعت

روند در ال ای دی‌های آدرس‌پذیر به سمت یکپارچگی بالاتر، نرخ داده بالاتر و بهبود عملکرد رنگ است. جانشینان PWM 8 بیتی (مانند این دستگاه) اغلب دارای PWM 16 بیتی یا بالاتر برای تنظیم نور نرم‌تر و دقت رنگ بهتر (حذف سوسو یا تغییر رنگ در روشنایی کم) هستند. پروتکل‌ها سریع‌تر و قوی‌تر می‌شوند (مانند استفاده از کدینگ منچستر یا سیگنالینگ دیفرانسیل). همچنین حرکتی به سمت شامل کردن کنترل روشنایی سراسری و جبران دما در درون درایور IC وجود دارد. مدل 19-C47 یک راه‌حل بالغ و مقرون‌به‌صرفه برای بسیاری از کاربردهای اصلی روشنایی و نمایش تمام رنگی است.