دیتاشیت لامپ LED قرمز پخش‌شونده 3.1 میلی‌متری - قطر 3.1 میلی‌متر - ولتاژ پیشرو 2.4 ولت - اتلاف توان 75 میلی‌وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

این سند مشخصات فنی کامل یک لامپ LED با لنز پخش‌شونده و نصب از طریق سوراخ را ارائه می‌دهد. این قطعه برای کاربردهای نشانگر عمومی و روشنایی طراحی شده است که در آن‌ها عملکرد قابل اعتماد و سهولت مونتاژ مورد نیاز است. ماده اصلی تشکیل‌دهنده AlInGaP (فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم) است که به دلیل بازدهی بالا و پایداری در تولید نور قرمز شناخته شده است. محصول مطابق با دستورالعمل‌های RoHS است که نشان می‌دهد عاری از مواد خطرناکی مانند سرب (Pb) می‌باشد.

مزایای اصلی این LED شامل خروجی شدت نور بالا است که حتی در محیط‌های با نور متوسط نیز دید خوبی را تضمین می‌کند. این قطعه دارای مصرف برق کم است که آن را برای دستگاه‌های با باتری یا کاربردهایی که بهره‌وری انرژی اولویت دارد مناسب می‌سازد. دستگاه به دلیل نیاز جریان پایین با مدارهای مجتمع سازگار است و امکان راه‌اندازی مستقیم از پین‌های GPIO میکروکنترلر یا خروجی‌های منطقی با مقاومت‌های محدودکننده جریان مناسب را فراهم می‌کند. بسته‌بندی با قطر 3.1 میلی‌متر یک فرم فاکتور همه‌کاره برای نصب روی بردهای مدار چاپی (PCB) یا پنل‌ها ارائه می‌دهد.

2. بررسی عمیق پارامترهای فنی

2.1 مشخصات حداکثر مطلق

مشخصات حداکثر مطلق محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. این مشخصات در دمای محیط (T_A) 25 درجه سلسیوس تعریف شده‌اند. حداکثر اتلاف توان پیوسته 75 میلی‌وات است. حداکثر جریان پیشروی پیک، که تحت شرایط پالسی (چرخه وظیفه 1/10، عرض پالس 0.1 میلی‌ثانیه) مجاز است، 90 میلی‌آمپر می‌باشد. حداکثر جریان پیشروی DC پیوسته توصیه شده 30 میلی‌آمپر است. یک ضریب کاهش 0.4 میلی‌آمپر/درجه سلسیوس به صورت خطی از دمای 50 درجه سلسیوس به بالا اعمال می‌شود، به این معنی که جریان عملیاتی ایمن با افزایش دما کاهش می‌یابد. دستگاه می‌تواند در محدوده دمای محیطی 40- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس کار کند و می‌تواند در دمای 55- درجه سلسیوس تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود. برای لحیم‌کاری، پایه‌ها می‌توانند 260 درجه سلسیوس را حداکثر به مدت 5 ثانیه، هنگامی که در فاصله 2.0 میلی‌متری از بدنه LED اندازه‌گیری می‌شود، تحمل کنند.

2.2 ویژگی‌های الکتریکی و نوری

ویژگی‌های عملیاتی معمول در T_A=25 درجه سلسیوس و جریان پیشرو (I_F) 20 میلی‌آمپر، که شرایط آزمایش استاندارد است، اندازه‌گیری می‌شوند.

• شدت نور (I_V):از حداقل 85 میلی‌کاندلا تا حداکثر 310 میلی‌کاندلا متغیر است، با مقدار معمول 240 میلی‌کاندلا. این اندازه‌گیری از یک سنسور و فیلتر استفاده می‌کند که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک CIE را تقریب می‌زند.
• زاویه دید (2θ_1/2):60 درجه. این زاویه کامل است که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری (روی محور) کاهش می‌یابد، که مشخصه یک لنز پخش‌شونده است که نور را پخش می‌کند.
• طول موج اوج تابش (λ_P):632 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی در بالاترین حد است.
• طول موج غالب (λ_d):از 617 نانومتر تا 629 نانومتر متغیر است، با مقدار معمول 621 نانومتر. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک می‌شود و رنگ (قرمز) LED را تعریف می‌کند، که از نمودار رنگی CIE استخراج شده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):20 نانومتر. این نشان‌دهنده خلوص طیفی است؛ مقدار کوچکتر نشان‌دهنده منبع نور تک‌رنگ‌تر است.
• ولتاژ پیشرو (V_F):معمولاً 2.4 ولت، با حداکثر 2.4 ولت در I_F=20mA. حداقل 2.0 ولت است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر 100 میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) 5 ولت اعمال شود. توجه به این نکته حیاتی است که دستگاه برای کار معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط آزمایش فقط برای مشخصه‌یابی است.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی

محصول بر اساس پارامترهای عملکرد کلیدی به دسته‌ها (بین) طبقه‌بندی می‌شود تا یکنواختی درون یک دسته تولید یا برای نیازهای کاربردی خاص تضمین شود.

3.1 دسته‌بندی شدت نور

LEDها بر اساس شدت نور به سه دسته، اندازه‌گیری شده در میلی‌کاندلا (mcd) در 20mA، طبقه‌بندی می‌شوند:

• دسته EF:حداقل 85 mcd، حداکثر 140 mcd.
• دسته GH:حداقل 140 mcd، حداکثر 240 mcd.
• دسته J:حداقل 240 mcd، حداکثر 310 mcd.

تلورانس برای هر حد دسته ±15% است.

3.2 دسته‌بندی طول موج غالب

LEDها همچنین بر اساس طول موج غالبشان برای کنترل یکنواختی رنگ دسته‌بندی می‌شوند:

• دسته H28:617.0 نانومتر تا 621.0 نانومتر.
• دسته H29:621.0 نانومتر تا 625.0 نانومتر.
• دسته H30:625.0 نانومتر تا 629.0 نانومتر.

تلورانس برای هر حد دسته ±1 نانومتر است. کدهای دسته خاص برای شدت و طول موج معمولاً روی بسته‌بندی علامت‌گذاری می‌شوند یا از تامین‌کننده در دسترس هستند تا امکان انتخاب دقیق برای کاربردهای حساس به رنگ یا روشنایی فراهم شود.

4. تحلیل منحنی عملکرد

در حالی که PDF به منحنی‌های مشخصه معمول اشاره می‌کند، متن ارائه شده شامل نمودارهای واقعی نیست. بر اساس رفتار استاندارد LED و پارامترهای داده شده، می‌توان ماهیت این منحنی‌ها را استنباط کرد. منحنیI-V (جریان-ولتاژ)یک رابطه نمایی را نشان می‌دهد، با ولتاژ پیشروی تقریباً 2.0-2.4V در جریان آزمایش 20mA. منحنیشدت نور در مقابل جریان پیشرو (I_V-I_F)به طور کلی در محدوده عملیاتی نرمال خطی است، که نشان می‌دهد خروجی نور مستقیماً با جریان متناسب است. منحنیشدت نور در مقابل دمای محیطضریب منفی را نشان می‌دهد، به این معنی که خروجی نور با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. منحنیتوزیع طیفییک منحنی زنگوله‌ای شکل خواهد بود که حول طول موج اوج 632 نانومتر با نیم‌عرض 20 نانومتر متمرکز شده است و خروجی رنگ قرمز را تعریف می‌کند.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

5.1 ابعاد بسته

دستگاه در یک بسته گرد با قطر 3.1 میلی‌متر با یک لنز پخش‌شونده قرار دارد. نکات ابعادی کلیدی شامل موارد زیر است: تمام ابعاد بر حسب میلی‌متر (اینچ) است؛ تلورانس استاندارد ±0.25mm است مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد؛ حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.0mm است؛ و فاصله پایه‌ها در جایی که پایه‌ها از بدنه بسته خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود. یک نقشه ابعادی دقیق معمولاً قطر بدنه، شکل لنز، طول پایه و قطر پایه را نشان می‌دهد.

5.2 شناسایی قطبیت

برای LEDهای نصب از طریق سوراخ، قطبیت معمولاً توسط طول پایه (پایه بلندتر آند، مثبت است) یا توسط یک نقطه صاف روی لبه لنز یا فلنج پلاستیکی نشان داده می‌شود. کاتد (منفی) معمولاً با پایه کوتاه‌تر یا سمتی که نقطه صاف دارد مرتبط است.

5.3 مشخصات بسته‌بندی

LEDها در کیسه‌های ضد استاتیک بسته‌بندی می‌شوند. مقادیر بسته‌بندی استاندارد 1000، 500، 200 یا 100 قطعه در هر کیسه است. ده عدد از این کیسه‌ها در یک کارتن داخلی قرار می‌گیرند که در مجموع 10,000 قطعه می‌شود. در نهایت، هشت کارتن داخلی در یک کارتن حمل و نقل بیرونی بسته‌بندی می‌شوند که در مجموع 80,000 قطعه در هر کارتن بیرونی می‌شود. ذکر شده است که در هر محموله حمل، فقط بسته نهایی ممکن است یک بسته کامل نباشد.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 شرایط نگهداری

LEDها باید در محیطی که از 30 درجه سلسیوس و 70% رطوبت نسبی تجاوز نمی‌کند نگهداری شوند. اگر از بسته‌بندی اصلی مانع رطوبت خارج شوند، توصیه می‌شود ظرف سه ماه استفاده شوند. برای نگهداری بلندمدت خارج از کیسه اصلی، باید در یک ظرف دربسته با ماده خشک‌کننده یا در یک خشک‌کننده محیط نیتروژن نگهداری شوند تا از جذب رطوبت جلوگیری شود.

6.2 شکل‌دهی پایه

اگر نیاز به خم کردن پایه‌ها باشد، این کار باید در دمای اتاق معمولی وقبل ازلحیم‌کاری انجام شود. خم باید در نقطه‌ای حداقل 3mm دور از پایه لنز LED ایجاد شود. پایه قاب پایه نباید به عنوان تکیه‌گاه در حین خم شدن استفاده شود تا از تنش روی درز اپوکسی جلوگیری شود. در حین مونتاژ PCB، باید از حداقل نیروی گیره‌ای استفاده شود.

6.3 فرآیند لحیم‌کاری

برای این نوع لامپ نصب از طریق سوراخ، فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا لحیم‌کاری دستی با هویه مناسب هستند.ریفلو مادون قرمز (IR) توصیه نمی‌شود.حداقل فاصله 3mm باید از پایه لنز تا نقطه لحیم حفظ شود تا از بالا رفتن اپوکسی روی پایه‌ها و آسیب حرارتی جلوگیری شود. لنز LED نباید در لحیم فرو برده شود.

شرایط لحیم‌کاری توصیه شده:

• هویه:حداکثر دما 350 درجه سلسیوس، حداکثر زمان لحیم‌کاری 3 ثانیه برای هر پایه (فقط یک بار).
• لحیم‌کاری موجی:حداکثر دمای پیش‌گرم 100 درجه سلسیوس برای حداکثر 60 ثانیه. حداکثر دمای موج لحیم 260 درجه سلسیوس، با حداکثر زمان تماس 5 ثانیه.

دمای بیش از حد یا زمان طولانی می‌تواند باعث تغییر شکل لنز یا خرابی فاجعه‌بار شود.

7. توصیه‌های کاربردی

7.1 استفاده مورد نظر و احتیاط‌ها

این LED برای تجهیزات الکترونیکی معمولی از جمله تجهیزات اداری، دستگاه‌های ارتباطی و کاربردهای خانگی طراحی شده است. استفاده از آن در کاربردهای بحرانی ایمنی یا با قابلیت اطمینان بالا که خرابی می‌تواند جان یا سلامتی را به خطر بیندازد (مانند هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی، کنترل حمل و نقل) بدون مشورت و صلاحیت قبلی توصیه نمی‌شود.

7.2 طراحی مدار درایو

LEDها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی چندین LED به صورت موازی،توصیه اکید می‌شودکه از یک مقاومت محدودکننده جریان جداگانه به صورت سری با هر LED استفاده شود (مدل مدار A). راه‌اندازی LEDها به صورت موازی مستقیماً از یک منبع ولتاژ (مدل مدار B) توصیه نمی‌شود زیرا تغییرات کوچک در مشخصه ولتاژ پیشرو (V_F) بین LEDهای منفرد می‌تواند باعث تفاوت‌های قابل توجه در تقسیم جریان و در نتیجه روشنایی ناهموار شود. مقدار مقاومت سری را می‌توان با استفاده از قانون اهم محاسبه کرد: R = (V_منبع- V_F) / I_F, که در آن I_Fجریان پیشروی مورد نظر است (مثلاً 20mA).

7.3 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)

این LEDها در برابر آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک آسیب‌پذیر هستند. در حین جابجایی و مونتاژ باید اقدامات احتیاطی انجام شود:

• اپراتورها باید از مچ‌بندهای زمین‌شده یا دستکش‌های ضد استاتیک استفاده کنند.
• تمام تجهیزات، ایستگاه‌های کاری و قفسه‌های نگهداری باید به درستی زمین شده باشند.
• از یونیزه‌کننده برای خنثی کردن بار استاتیکی که ممکن است روی سطح لنز پلاستیکی ایجاد شود استفاده کنید.

آسیب ESD می‌تواند به صورت جریان نشتی معکوس بالا، ولتاژ پیشروی به طور غیرعادی کم، یا عدم روشنایی در جریان‌های پایین ظاهر شود.

8. تمیز کردن

اگر پس از لحیم‌کاری نیاز به تمیز کردن باشد، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. مواد شیمیایی خشن یا تمیز کردن اولتراسونیک ممکن است به لنز اپوکسی یا ساختار داخلی آسیب برساند.

9. مقایسه و ملاحظات فنی

در مقایسه با فناوری‌های قدیمی‌تر مانند LEDهای قرمز GaAsP (فسفید گالیم آرسنید)، این دستگاه AlInGaP بازده نوری به مراتب بالاتری ارائه می‌دهد که منجر به روشنایی بیشتر برای همان جریان ورودی می‌شود. لنز پخش‌شونده در مقایسه با یک لنز شفاف یا آب‌شفاف، زاویه دید وسیع‌تر و یکنواخت‌تری ارائه می‌دهد که برای نشانگرهای وضعیتی که نیاز است از زوایای مختلف دیده شوند ایده‌آل است. اندازه 3.1 میلی‌متر یک استاندارد صنعتی رایج است که تعادل خوبی بین خروجی نور و مصرف فضای برد، در مقایسه با LEDهای کوچک‌تر 2mm یا 3mm، یا انواع بزرگتر 5mm و 10mm ارائه می‌دهد.

10. پرسش‌های متداول (FAQ)

س: تفاوت بین طول موج اوج و طول موج غالب چیست؟

ج: طول موج اوج (λ_P=632nm) قله فیزیکی طیف نوری است که LED ساطع می‌کند. طول موج غالب (λ_d=~621nm) یک مقدار محاسبه شده بر اساس درک رنگ انسان (نمودار CIE) است که رنگ بصری را تعریف می‌کند. آن‌ها اغلب متفاوت هستند.

س: آیا می‌توانم این LED را بدون مقاومت سری راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. اتصال مستقیم یک LED به یک منبع ولتاژ احتمالاً باعث جریان بیش از حد، گرمای بیش از حد و خرابی فوری می‌شود. یک مقاومت سری برای تنظیم جریان اجباری است.

س: چرا سیستم دسته‌بندی وجود دارد؟

ج: تغییرات تولید باعث تفاوت‌های جزئی در عملکرد می‌شود. دسته‌بندی LEDها را به گروه‌هایی با پارامترهای کنترل شده دقیق (روشنایی، رنگ) مرتب می‌کند و به طراحان اجازه می‌دهد تا دسته مناسب را برای کاربردهایی که نیاز به یکنواختی دارند انتخاب کنند.

س: اگر از مشخصات حداکثر مطلق فراتر بروم چه اتفاقی می‌افتد؟

ج: کار کردن فراتر از این محدودیت‌ها، حتی به طور مختصر، می‌تواند باعث آسیب غیرقابل برگشت، مانند کاهش خروجی نور، تغییر رنگ یا خرابی کامل شود. همیشه با حاشیه ایمنی طراحی کنید.

11. مطالعه موردی طراحی و استفاده

سناریو: طراحی یک پنل چند نشانگر برای یک تقویت کننده صوتی مصرفی.پنل به 10 نشانگر قدرت/وضعیت قرمز نیاز دارد. برای اطمینان از اینکه همه LEDها روشنایی و رنگ یکسانی دارند، طراح LEDهایی از همان دسته شدت (مثلاً دسته GH: 140-240 mcd) و همان دسته طول موج (مثلاً H29: 621-625 nm) را از تامین‌کننده مشخص می‌کند. یک ریل 5V روی برد موجود است. با استفاده از V_Fمعمول 2.4V و I_Fهدف 20mA، مقاومت سری محاسبه می‌شود: R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 اهم. یک مقاومت استاندارد 130Ω یا 150Ω انتخاب می‌شود. هر LED مقاومت مخصوص به خود را که به ریل 5V متصل است، توسط یک ترانزیستور یا پین GPIO از میکروکنترلر تقویت کننده کنترل می‌شود. در حین مونتاژ، تکنسین‌ها از روش‌های ایمن ESD استفاده می‌کنند و LEDها را در دمای 320 درجه سلسیوس به مدت کمتر از 2 ثانیه برای هر پایه لحیم دستی می‌کنند و اطمینان حاصل می‌کنند که فاصله 3mm از لنز حفظ شود.

12. اصل عملکرد

یک LED یک دیود نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی فراتر از شکاف باند آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در ناحیه فعال (لایه AlInGaP در این مورد) بازترکیب می‌شوند. این بازترکیب انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد می‌کند. ترکیب ماده خاص (AlInGaP) انرژی شکاف باند را تعیین می‌کند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطع شده را تعریف می‌کند - در این مورد، در طیف قرمز. لنز اپوکسی پخش‌شونده حاوی ذرات پراکنده‌کننده است که جهت فوتون‌های ساطع شده را تصادفی می‌کند و در مقایسه با یک لنز شفاف، یک الگوی پرتو وسیع‌تر و نرم‌تر ایجاد می‌کند.

13. روندهای فناوری

روند کلی در فناوری LED به سمت بازدهی بالاتر (لومن بیشتر در هر وات)، بهبود بازآفرینی رنگ و قابلیت اطمینان بیشتر است. برای LEDهای نوع نشانگر، کوچک‌سازی ادامه دارد (مانند بسته‌های 1.6mm، 1.0mm). همچنین تأکید فزاینده‌ای بر زوایای دید گسترده‌تر و یکنواخت‌تر و تلورانس‌های دسته‌بندی سخت‌تر برای پاسخگویی به نیازهای الکترونیک مصرفی و کاربردهای خودرو وجود دارد. علاوه بر این، تلاش برای پایداری، مواد و فرآیندهایی با تأثیر محیطی کمتر در طول چرخه عمر را پیش می‌برد.