ال‌ای‌دی RGB SMD با آی‌سی تعبیه‌شده - کنترل جریان ثابت - 5 ولت - 65 میلی‌آمپر - لنز مات سفید - برگه اطلاعات فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک قطعه ال‌ای‌دی RGB نصب‌سطحی را تشریح می‌کند که یک مدار کنترل و چیپ‌های RGB را در یک پکیج واحد ادغام کرده است. این طراحی یکپارچه، یک پیکسل قابل آدرس‌دهی مجزا و کامل را تشکیل می‌دهد و نیاز به مدار درایور خارجی برای عملکرد جریان ثابت را مرتفع می‌سازد. این قطعه برای مونتاژ خودکار PCB طراحی شده و برای کاربردهای با محدودیت فضا در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مناسب است.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزیت اصلی این قطعه، طراحی همه‌کاره در یک بسته است. با تعبیه یک آی‌سی درایور 8 بیتی، کنترل PWM جریان ثابت را برای هر یک از چیپ‌های قرمز، سبز و آبی فراهم می‌کند. این امر به هر رنگ اصلی اجازه می‌دهد تا به 256 سطح روشنایی دست یابد و امکان ایجاد بیش از 16.7 میلیون رنگ مجزا را فراهم می‌کند. انتقال سیگنال بین واحدهای متعدد از طریق یک پورت آبشاری تک‌سیمه ساده‌سازی شده است. ویژگی‌های کلیدی شامل مطابقت با RoHS، بسته‌بندی سازگار با تجهیزات قرارگیری خودکار و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری ری‌فلو مادون قرمز است. کاربردهای هدف آن شامل مخابرات، اتوماسیون اداری، لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی، نشانگرهای وضعیت، نور پس‌زمینه پنل جلویی، ماژول‌های تمام‌رنگ، نورپردازی تزئینی و نمایشگرهای ویدیویی داخلی می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 مقادیر حداکثر مطلق

کارکرد دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. مقادیر حداکثر مطلق در دمای محیط (Ta) 25 درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (P):358 میلی‌وات. این حداکثر توان کل قابل اتلاف توسط پکیج است.
• محدوده ولتاژ تغذیه (VDD):+4.2 ولت تا +5.5 ولت. آی‌سی تعبیه‌شده برای عملکرد صحیح به این محدوده ولتاژ تنظیم‌شده نیاز دارد.
• جریان مستقیم کل DC (IF):65 میلی‌آمپر. این حداکثر جریان کل قابل تأمین برای چیپ‌های RGB ترکیبی است.
• محدوده دمای کاری:40- درجه سلسیوس تا +85 درجه سلسیوس.
• محدوده دمای ذخیره‌سازی:40- درجه سلسیوس تا +100 درجه سلسیوس.

2.2 مشخصات نوری

عملکرد نوری در Ta=25°C، VDD=5V و با تنظیم تمام کانال‌های رنگ روی حداکثر روشنایی (8'b11111111) اندازه‌گیری می‌شود.

• شدت نور (Iv):
  • قرمز (AlInGaP): 340 میلی‌کاندلا (حداقل)، 800 میلی‌کاندلا (حداکثر)
  • سبز (InGaN): 600 میلی‌کاندلا (حداقل)، 1500 میلی‌کاندلا (حداکثر)
  • آبی (InGaN): 150 میلی‌کاندلا (حداقل)، 360 میلی‌کاندلا (حداکثر)
• زاویه دید (2θ1/2):120 درجه (معمولی). این زاویه کامل‌ای است که در آن شدت نور نصف شدت نور در محور است.
• طول موج غالب (λd):
  • قرمز: 615 نانومتر تا 630 نانومتر
  • سبز: 520 نانومتر تا 535 نانومتر
  • آبی: 460 نانومتر تا 475 نانومتر

2.3 مشخصات الکتریکی

پارامترهای الکتریکی در محدوده دمای محیط 20- تا +70 درجه سلسیوس و محدوده ولتاژ تغذیه (VDD) 4.2V تا 5.5V مشخص شده‌اند.

• جریان خروجی آی‌سی (IF):20 میلی‌آمپر (معمولی) برای هر کانال رنگ (قرمز، سبز، آبی به صورت جداگانه). این جریان ثابت تنظیم‌شده توسط درایور تعبیه‌شده است.
• سطوح ولتاژ ورودی:
  • ولتاژ ورودی سطح بالا (VIH): حداقل 2.7 ولت تا حداکثر VDD برای پایه DIN و سایر پایه‌های کنترل.
  • ولتاژ ورودی سطح پایین (VIL): حداقل 0 ولت تا حداکثر 1.0 ولت.
• جریان کاری آی‌سی (IDD):1.5 میلی‌آمپر (معمولی) هنگامی که تمام داده‌های ال‌ای‌دی روی '0' تنظیم شده‌اند (حالت خاموش).

2.4 زمان‌بندی انتقال داده

آی‌سی تعبیه‌شده از یک پروتکل ارتباط سریال خاص استفاده می‌کند. دوره کل برای یک بیت (TH + TL) برابر با 1.2 میکروثانیه ±300 نانوثانیه است.

• T0H (کد 0، زمان سطح بالا):300 نانوثانیه ±150 نانوثانیه
• T0L (کد 0، زمان سطح پایین):900 نانوثانیه ±150 نانوثانیه
• T1H (کد 1، زمان سطح بالا):900 نانوثانیه ±150 نانوثانیه
• T1L (کد 1، زمان سطح پایین):300 نانوثانیه ±150 نانوثانیه
• RES (زمان ریست):>250 میکروثانیه. یک سیگنال پایین روی DIN که بیشتر از این مدت طول بکشد، آی‌سی را ریست می‌کند.

3. توضیح سیستم باینینگ

محصول از یک سیستم باینینگ مبتنی بر مختصات رنگی CIE برای اطمینان از ثبات رنگ استفاده می‌کند. باین‌ها توسط چهارضلعی‌هایی در نمودار رنگی CIE 1931 (x, y) تعریف می‌شوند. جدول ارائه شده، کدهای باین (A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3) را با مختصات (x, y) چهار نقطه گوشه‌ای آنها (Point1 تا Point4) فهرست می‌کند. تلرانس برای هر مختصات CIE (x, y) درون یک باین +/- 0.01 است. این سیستم به طراحان اجازه می‌دهد تا ال‌ای‌دی‌هایی از کد باین یکسان را انتخاب کنند تا ظاهر رنگی یکنواختی در یک آرایه یا نمایشگر حاصل شود.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 شدت نسبی در برابر طول موج

نمودار توزیع طیفی، قله‌های انتشار را برای سه رنگ نشان می‌دهد. ال‌ای‌دی قرمز (با استفاده از فناوری AlInGaP) دارای طول موج غالب در محدوده 615-630 نانومتر است. ال‌ای‌دی‌های سبز و آبی (با استفاده از فناوری InGaN) به ترتیب دارای قله‌هایی در محدوده‌های 520-535 نانومتر و 460-475 نانومتر هستند. این منحنی‌ها به درک خلوص رنگ و همپوشانی بالقوه بین کانال‌ها کمک می‌کنند.

4.2 منحنی کاهش جریان مستقیم در برابر دمای محیط

این نمودار حداکثر جریان مستقیم مجاز برای ال‌ای‌دی را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان مجاز به صورت خطی کاهش می‌یابد تا از گرمای بیش از حد جلوگیری کرده و قابلیت اطمینان را تضمین کند. این یک نمودار حیاتی برای طراحی مدیریت حرارتی است.

4.3 توزیع فضایی (شدت نور در برابر زاویه)

نمودار قطبی، شدت نور نسبی را به عنوان تابعی از زاویه دید به تصویر می‌کشد. الگوی پرتو متقارن و گسترده با زاویه دید 120 درجه، توصیف لنز "مات سفید" را تأیید می‌کند و روشنایی گسترده و یکنواختی را فراهم می‌کند که برای کاربردهای نشانگر و نور پس‌زمینه مناسب است.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد پکیج و پیکربندی پایه‌ها

قطعه یک دستگاه نصب‌سطحی است. برگه اطلاعات شامل یک نقشه ابعادی دقیق است. تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر با تلرانس استاندارد ±0.2 میلی‌متر است مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پیکربندی پایه‌ها به شرح زیر است:

1. VDD:ورودی تغذیه DC (+4.2V تا +5.5V).
2. DIN:ورودی سیگنال داده کنترل.
3. VSS: Ground.
4. DOUT:خروجی سیگنال داده کنترل (برای آبشاری شدن به پایه DIN ال‌ای‌دی بعدی).

5.2 طرح پیشنهادی پد اتصال PCB

یک الگوی لند (فوت‌پرینت) پیشنهادی برای PCB ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و پایداری مکانیکی در حین مونتاژ به درستی انجام می‌شود. پیروی از این توصیه برای دستیابی به قابلیت اطمینان مناسب اتصال لحیم ضروری است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل لحیم‌کاری ری‌فلو IR

یک نمودار پروفیل لحیم‌کاری ری‌فلو دقیق ارائه شده است که با استاندارد J-STD-020B برای فرآیندهای بدون سرب مطابقت دارد. این نمودار پارامترهای حیاتی را مشخص می‌کند: پیش‌گرم، خیس‌اندن، دمای اوج ری‌فلو و نرخ‌های خنک‌سازی. پایبندی به این پروفیل برای جلوگیری از آسیب حرارتی به پکیج ال‌ای‌دی و آی‌سی داخلی بسیار مهم است.

6.2 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، ال‌ای‌دی باید فقط در الکل اتیلیک یا ایزوپروپیل الکل در دمای معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطه‌ور شود. استفاده از تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممنوع است زیرا ممکن است به مواد پکیج آسیب برساند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

دستگاه به صورت نوار و قرقره عرضه می‌شود که با ماشین‌های برداشت و قرارگیری خودکار سازگار است.

• ابعاد نوار:عرض نوار 12 میلی‌متر.
• اندازه قرقره:قطر 7 اینچ (178 میلی‌متر).
• تعداد در هر قرقره:4000 قطعه.
• حداقل تعداد بسته‌بندی:500 قطعه برای دسته‌های باقیمانده.
• نوار پوششی:حفره‌های خالی قطعات با یک نوار پوششی رویی مهر و موم می‌شوند.
• مشخصات:بسته‌بندی مطابق با استانداردهای ANSI/EIA 481 است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی متداول

• نشانگرهای وضعیت و نور پس‌زمینه:ایده‌آل برای چراغ‌های وضعیت چندرنگ در الکترونیک مصرفی، تجهیزات شبکه و پنل‌های صنعتی.
• نورپردازی تزئینی و معماری:به دلیل قابلیت تمام‌رنگ و ویژگی آبشاری، برای نوارهای ال‌ای‌دی تغییر رنگ، نورپردازی حال و هوا و نورپردازی تأکیدی مناسب است.
• نمایشگرهای با وضوح پایین:می‌تواند برای ساخت ماژول‌های تمام‌رنگ، چراغ‌های نور نرم و نمایشگرهای ویدیویی داخلی نامنظم (مانند نمای رسانه‌ای، آثار هنری) استفاده شود.

8.2 ملاحظات طراحی

• منبع تغذیه:اطمینان حاصل کنید که یک منبع تغذیه 5 ولت پایدار و تنظیم‌شده در محدوده 4.2V-5.5V وجود دارد. جریان هجومی و خازن‌های جداسازی در نزدیکی پایه VDD را در نظر بگیرید.
• یکپارچگی سیگنال داده:الزامات زمان‌بندی دقیق (T0H, T1H و غیره) را برای سیگنال داده سریال حفظ کنید. برای زنجیره‌های طولانی یا محیط‌های پرنویز، بافرینگ سیگنال یا تغییر سطح را در نظر بگیرید.
• مدیریت حرارتی:به منحنی کاهش جریان پایبند باشید. مساحت کافی مس روی PCB برای اتلاف حرارت فراهم کنید، به ویژه هنگامی که هر سه کانال برای مدت طولانی در روشنایی بالا کار می‌کنند.
• محافظت در برابر ESD:اقدامات استاندارد محافظت در برابر ESD را روی خطوط داده و تغذیه در حین جابجایی و در کاربرد نهایی پیاده‌سازی کنید.

9. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با ال‌ای‌دی‌های RGB مجزای سنتی که نیاز به درایورهای جریان ثابت خارجی یا مقاومت دارند، این راه‌حل یکپارچه مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد:

• طراحی ساده‌شده:تعداد قطعات، فوت‌پرینت PCB و پیچیدگی طراحی را کاهش می‌دهد.
• ثبات رنگ برتر:آی‌سی تعبیه‌شده جریان ثابت دقیق و پایداری را به هر چیپ ارائه می‌دهد که منجر به خروجی رنگ یکنواخت‌تر در بین واحدها و در طول زمان در مقایسه با طراحی‌های محدود شده با مقاومت می‌شود.
• تاریک‌سازی با وضوح بالا:PWM 8 بیتی (256 مرحله) برای هر رنگ، امکان ترکیب رنگ و تاریک‌سازی روان را فراهم می‌کند و جلوه‌های نورپردازی حرفه‌ای را ممکن می‌سازد.
• قابلیت اتصال زنجیره‌ای:پروتکل آبشاری تک‌سیمه، سیم‌کشی برای آرایه‌های بزرگ را ساده می‌کند و تنها به یک پایه GPIO میکروکنترلر برای کنترل یک زنجیره طولانی از ال‌ای‌دی‌ها نیاز دارد.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: هدف آی‌سی تعبیه‌شده چیست؟

پ: این آی‌سی درایو جریان ثابت و کنترل تاریک‌سازی PWM را برای هر کانال رنگ به صورت داخلی فراهم می‌کند و نیاز به قطعات محدودکننده جریان خارجی را مرتفع کرده و کنترل میکروکنترلر را ساده می‌سازد.

س: چند ال‌ای‌دی را می‌توانم در یک زنجیره وصل کنم؟

پ: از نظر تئوری، تعداد بسیار زیادی، زیرا هر ال‌ای‌دی سیگنال داده را بازتولید می‌کند. محدودیت عملی توسط نرخ تازه‌سازی داده مورد نیاز و افت ولتاژ تجمعی روی خط تغذیه (VDD) تعیین می‌شود. برای زنجیره‌های طولانی، تزریق توان در چندین نقطه توصیه می‌شود.

س: آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را با یک میکروکنترلر 3.3 ولتی راه‌اندازی کنم؟

پ: حداقل سطح ولتاژ ورودی بالا (VIH) 2.7 ولت است. سطح منطقی بالا 3.3 ولتی (معمولاً 3.3 ولت) این نیاز را برآورده می‌کند، بنابراین به طور کلی سازگار است. اطمینان حاصل کنید که منبع تغذیه 5 ولتی برای ال‌ای‌دی (VDD) از منبع تغذیه 3.3 ولتی میکروکنترلر جدا است.

س: چرا جریان مستقیم روی 20 میلی‌آمپر ثابت شده است؟

پ: آی‌سی تعبیه‌شده از پیش پیکربندی شده است تا جریان ثابت 20 میلی‌آمپر (معمولی) را به هر چیپ ال‌ای‌دی تحویل دهد. این امر عملکرد و قابلیت اطمینان را بهینه می‌کند. روشنایی صرفاً از طریق چرخه کاری PWM کنترل می‌شود، نه با تغییر دامنه جریان.

11. مثال موردی عملی

سناریو: طراحی یک نشانگر وضعیت فشرده و قابل سفارشی‌سازی رنگ برای یک هاب خانه هوشمند.

طراح از این ال‌ای‌دی استفاده می‌کند زیرا یک قطعه واحد نور قرمز، سبز و آبی را فراهم می‌کند. میکروکنترلر یک جریان داده سریال ساده را برای تنظیم رنگ ارسال می‌کند (مثلاً قرمز برای آفلاین، فیروزه‌ای برای متصل، بنفش برای به‌روزرسانی). درایو جریان ثابت اطمینان حاصل می‌کند که روشنایی صرف نظر از نوسانات جزئی منبع تغذیه پایدار باقی می‌ماند. زاویه دید گسترده، نشانگر را از زوایای مختلف قابل مشاهده می‌سازد. پکیج نصب‌سطحی امکان طراحی پنل تخت و شیک را فراهم می‌کند. بسته‌بندی نوار و قرقره، مونتاژ سریع و خودکار در طول تولید انبوه را ممکن می‌سازد.

12. معرفی اصل عملکرد

دستگاه بر اساس یک اصل ساده عمل می‌کند. یک میکروکنترلر خارجی یک جریان داده سریال را به پایه DIN ارسال می‌کند. این جریان حاوی 24 بیت داده (8 بیت برای هر یک از سطوح روشنایی قرمز، سبز و آبی) است. آی‌سی تعبیه‌شده درون اولین ال‌ای‌دی، این 24 بیت اول را می‌خواند، آنها را قفل می‌کند و سپس جریان داده باقی‌مانده را از طریق پایه DOUT خود به پایه DIN ال‌ای‌دی بعدی در زنجیره منتقل می‌کند. سپس آی‌سی از مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای کنترل منابع جریان ثابت متصل به هر چیپ ال‌ای‌دی استفاده می‌کند. یک جریان 20 میلی‌آمپری بسیار سریع روشن و خاموش می‌شود. نسبت زمان روشن به زمان خاموش (چرخه کاری) در یک دوره ثابت، روشنایی درک شده هر رنگ را تعیین می‌کند و امکان ترکیب رنگ دقیق را فراهم می‌سازد.

13. روندهای فناوری

ادغام الکترونیک کنترل مستقیماً در پکیج‌های ال‌ای‌دی، نمایانگر یک روند واضح در صنعت است که به سمت ال‌ای‌دی‌های "هوشمند" حرکت می‌کند. این روند هدف ساده‌سازی طراحی محصول نهایی، بهبود ثبات عملکرد و امکان‌پذیری ویژگی‌های پیشرفته‌تر مانند آدرس‌دهی مجزا در آرایه‌های متراکم را دنبال می‌کند. توسعه‌های آینده ممکن است شامل عمق بیت بالاتر برای کنترل رنگ (10 بیتی، 12 بیتی)، سنسورهای مجتمع (مانند برای بازخورد دما یا نور) و پروتکل‌های ارتباطی قوی‌تر یا با سرعت بالاتر باشد. تمرکز همچنان بر افزایش یکپارچگی، کاهش هزینه سیستم و بهبود قابلیت اطمینان برای کاربردها در نورپردازی عمومی، خودرو و نمایشگرهای با وضوح بالا باقی می‌ماند.