دیتاشیت LED فرابنفش C مدل LTPL-G35UVC275GS - ابعاد 3.5x3.5 میلی‌متر - ولتاژ 5.0-7.0 ولت - طول موج اوج 275 نانومتر - حداکثر توان 0.7 وات - سند فنی فارسی

1. مرور محصول

ال ای دی LTPL-G35UVC275GS یک دیود نورافشان (LED) فرابنفش-سی (UVC) با عملکرد بالا است که به‌طور خاص برای کاربردهای ضدعفونی و پزشکی طراحی شده است. این محصول نمایانگر پیشرفت قابل‌توجهی در فناوری روشنایی حالت جامد است و جایگزینی قابل اعتماد و بهینه از نظر انرژی برای منابع نوری UV متعارف مانند لامپ‌های جیوه‌ای ارائه می‌دهد. این دستگاه در محدوده طول موج میکروب‌کش، معمولاً حدود 275 نانومتر، کار می‌کند که برای غیرفعال کردن میکروارگانیسم‌ها از جمله باکتری‌ها و ویروس‌ها بسیار مؤثر است.

این سری ال ای دی، مزایای ذاتی فناوری LED - مانند طول عمر عملیاتی طولانی، قابلیت روشن/خاموش شدن فوری و فاکتور فرم فشرده - را با خروجی نوری خاص مورد نیاز برای ضدعفونی مؤثر ترکیب می‌کند. این امر آزادی طراحی بیشتری را برای مهندسان در حال توسعه تجهیزات ضدعفونی، تصفیه‌کننده‌های هوا، سیستم‌های تصفیه آب و دستگاه‌های پزشکی فراهم می‌کند. با جایگزینی فناوری‌های قدیمی UV، به سیستم‌هایی با هزینه‌های عملیاتی کمتر، نیازهای نگهداری کاهش‌یافته و پروفایل محیط‌زیستی بهبودیافته به دلیل عدم وجود جیوه کمک می‌کند.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این LED فرابنفش C شامل سازگاری آن با سیستم‌های درایو مدار مجتمع (IC)، انطباق با دستورالعمل‌های RoHS (محدودیت مواد خطرناک) و ساختار بدون سرب آن است. این ویژگی‌ها آن را برای ادغام در محصولات الکترونیکی مدرن با الزامات نظارتی و محیط‌زیستی سخت مناسب می‌سازد. بازارهای هدف عمدتاً بخش‌های مراقبت‌های بهداشتی، لوازم خانگی مصرفی و تجهیزات صنعتی هستند که در آن‌ها ضدعفونی سطح، هوا یا آب مؤثر و قابل اعتماد حیاتی است. کاربردها از ضدعفونی‌کننده‌های قابل حمل و سیستم‌های HVAC گرفته تا تمیزکننده‌های تخصصی ابزار پزشکی را شامل می‌شود.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

عملکرد LTPL-G35UVC275GS توسط مجموعه جامعی از پارامترهای الکتریکی، نوری و حرارتی اندازه‌گیری شده تحت شرایط استاندارد (Ta=25°C) تعریف می‌شود. درک این پارامترها برای طراحی صحیح مدار و مدیریت حرارتی به منظور اطمینان از قابلیت اطمینان و دستیابی به خروجی تابشی مطلوب بسیار مهم است.

2.1 حداکثر مقادیر مجاز مطلق

این مقادیر، محدودیت‌های تنشی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. آن‌ها برای عملکرد عادی در نظر گرفته نشده‌اند. حداکثر اتلاف توان (Po) 0.7 وات است که کل توان الکتریکی است که می‌تواند بدون آسیب رساندن به LED به گرما و نور تبدیل شود. حداکثر جریان پیشروی پیوسته (IF) 100 میلی‌آمپر (mA) است. این دستگاه برای محدوده دمای عملیاتی (Topr) 40- درجه سانتی‌گراد تا 80+ درجه سانتی‌گراد و محدوده دمای ذخیره‌سازی (Tstg) 40- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی شده است. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) 90 درجه سانتی‌گراد است. تجاوز از دمای اتصال، علت اصلی خرابی LED و تسریع افت لومن است.

2.2 مشخصات الکترو-نوری

این‌ها پارامترهای عملکردی معمول تحت شرایط آزمایش مشخص شده هستند. ولتاژ پیشروی (VF) در جریان آزمایش 60mA از حداقل 5.0V تا حداکثر 7.0V متغیر است، با مقدار معمول 5.5V. این ولتاژ نسبتاً بالا به دلیل ماده نیمه‌هادی با گاف نواری وسیع، مشخصه LEDهای فرابنفش C است. شار تابشی (Φe) که کل توان نوری خروجی در طیف UVC است، معمولاً در 60mA برابر 10.0 میلی‌وات (mW) است. در جریان پایین‌تر 20mA، به 3.5 mW کاهش می‌یابد و در حداکثر جریان 100mA، به 14.0 mW می‌رسد. طول موج اوج (Wp) در 275nm متمرکز شده است با محدوده‌ای از 265nm تا 280nm که آن را به‌طور قطعی در مؤثرترین محدوده میکروب‌کش (تقریباً 260nm-280nm) قرار می‌دهد. زاویه دید (2θ1/2) 120 درجه وسیع است که تابش گسترده‌ای فراهم می‌کند. مقاومت حرارتی از اتصال تا نقطه لحیم‌کاری (Rth j-s) معمولاً 38 K/W است که نشان می‌دهد گرما چقدر مؤثر از تراشه نیمه‌هادی به برد منتقل می‌شود. مقدار پایین‌تر برای مدیریت حرارتی بهتر است.

3. توضیح سیستم کد باین

برای در نظر گرفتن تغییرات تولید، LEDها بر اساس عملکرد در دسته‌های (باین) مختلفی دسته‌بندی می‌شوند. این امر به طراحان اجازه می‌دهد تا قطعاتی را انتخاب کنند که نیازهای خاص کاربردشان را برآورده می‌کنند. LTPL-G35UVC275GS از یک سیستم باینینگ سه‌بعدی استفاده می‌کند.

3.1 باینینگ ولتاژ پیشروی (VF)

LEDها در چهار دسته ولتاژ دسته‌بندی می‌شوند: V1 (5.0V - 5.5V)، V2 (5.5V - 6.0V)، V3 (6.0V - 6.5V) و V4 (6.5V - 7.0V)، که همگی در IF=60mA اندازه‌گیری شده‌اند. انتخاب LEDها از یک دسته ولتاژ یکسان، توزیع جریان یکنواخت را هنگام راه‌اندازی چندین دستگاه به صورت موازی تضمین می‌کند.

3.2 باینینگ شار تابشی (Φe)

خروجی نوری در چهار دسته دسته‌بندی می‌شود: X1 (7.0 - 8.0 mW)، X2 (8.0 - 9.0 mW)، X3 (9.0 - 10.0 mW) و X4 (10.0 mW و بالاتر)، اندازه‌گیری شده در IF=60mA. این امر امکان پیش‌بینی عملکرد ضدعفونی و محاسبه دوز را فراهم می‌کند.

3.3 باینینگ طول موج اوج (Wp)

همه دستگاه‌ها در یک دسته طول موج واحد، W1، که از 265nm تا 280nm گسترده است، قرار می‌گیرند. کنترل دقیق حول 275nm، کارایی میکروب‌کشی بهینه را تضمین می‌کند، زیرا اثربخشی نور UV برای مختل کردن DNA/RNA در این ناحیه به اوج می‌رسد.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که رفتار دستگاه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای مدل‌سازی دینامیکی و درک مصالحه‌های عملکرد ضروری هستند.

4.1 توزیع طیفی نسبی

این منحنی شدت نور ساطع شده در سراسر طیف فرابنفش را نشان می‌دهد. باند انتشار باریک متمرکز بر طول موج اوج را تأیید می‌کند، با حداقل انتشار خارج از محدوده UVC، که برای ایمنی و کارایی مهم است.

4.2 الگوی تابش

نمودار مشخصه تابش (اغلب یک نمودار قطبی) زاویه دید 120 درجه‌ای را به تصویر می‌کشد و نشان می‌دهد که شدت نوری چگونه از مرکز (0 درجه) به لبه‌ها (±60 درجه) کاهش می‌یابد. این اطلاعات برای طراحی نوری برای دستیابی به تابش یکنواخت ارائه می‌دهد.

4.3 شار تابشی نسبی در مقابل جریان پیشروی

این نمودار نشان می‌دهد که خروجی تابشی با جریان درایو افزایش می‌یابد اما به صورت خطی نیست. در جریان‌های بالاتر به دلیل افزایش گرما و افت بازده، تمایل به اشباع دارد. این موضوع اهمیت راه‌اندازی LED در جریان بهینه برای بهترین تعادل بین خروجی و طول عمر را برجسته می‌کند.

4.4 ولتاژ پیشروی در مقابل جریان پیشروی

منحنی IV رابطه نمایی بین ولتاژ و جریان را نشان می‌دهد که برای یک دیود معمول است. از آن برای تعیین نقطه کار هنگام طراحی مدار محدودکننده جریان استفاده می‌شود.

4.5 منحنی‌های وابستگی دمایی

نمودارهایی که شار تابشی نسبی و ولتاژ پیشروی را به عنوان توابعی از دمای اتصال نشان می‌دهند، حیاتی هستند. خروجی LED فرابنفش C معمولاً با افزایش دما کاهش می‌یابد. ولتاژ پیشروی با افزایش دما کاهش می‌یابد. این روابط باید برای طراحی‌هایی که در شرایط غیر محیطی یا با هیت‌سینک ناکافی کار می‌کنند، در نظر گرفته شوند.

4.6 منحنی کاهش جریان پیشروی

این یکی از مهم‌ترین نمودارها برای قابلیت اطمینان است. حداکثر جریان پیشروی مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط نشان می‌دهد. با افزایش دما، حداکثر جریان ایمن برای جلوگیری از تجاوز دمای اتصال از حد 90 درجه سانتی‌گراد آن کاهش می‌یابد. این منحنی برای تعیین الزامات هیت‌سینک اجباری است.

5. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

این LED در یک بسته‌بندی نصب سطحی (SMD) با ابعاد تقریبی 3.5mm x 3.5mm عرضه می‌شود. نقشه کلی، اندازه‌گیری‌های دقیقی برای طراحی فوت‌پرینت ارائه می‌دهد. بسته‌بندی شامل نشانه‌های قطبیت واضح (معمولاً نشانگر کاتد) برای جلوگیری از قرارگیری نادرست در حین مونتاژ است. طرح پد اتصال برد مدار چاپی (PCB) توصیه شده ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری و اتصال حرارتی به درستی انجام می‌شود. طراحی پد برای انتقال گرما از پد حرارتی LED (نقطه لحیم‌کاری) به لایه‌های مسی PCB که به عنوان پخش‌کننده اصلی گرما عمل می‌کنند، بسیار مهم است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

مدیریت و لحیم‌کاری صحیح برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان LED حیاتی است.

6.1 پروفایل لحیم‌کاری رفلو بدون سرب

یک پروفایل رفلو بدون سرب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل مرحله پیش‌گرم (150-200°C به مدت 60-120s)، زمان بالای مایع (217°C) به مدت 60-150 ثانیه و حداکثر دمای 260°C (با دمای توصیه شده 245°C) نگه‌داشته شده به مدت 10-30 ثانیه است. نرخ افزایش و کاهش دما باید به ترتیب حداکثر 3°C/s و 6°C/s کنترل شوند تا شوک حرارتی به حداقل برسد. فرآیند خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود.

6.2 تمیزکاری و مدیریت

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط باید از حلال‌های مبتنی بر الکل مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص می‌توانند به لنز سیلیکونی یا مواد بسته‌بندی آسیب برسانند. LEDها به تخلیه الکترواستاتیک (ESD) حساس هستند، با حداکثر ولتاژ تحمل 2000 ولت (مدل بدن انسان). احتیاط‌های استاندارد ESD باید در حین مدیریت رعایت شود.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

LEDها بر روی نوار و قرقره برای مونتاژ خودکار Pick-and-Place عرضه می‌شوند. ابعاد نوار و مشخصات قرقره (قرقره 7 اینچی حداکثر 500 قطعه) مطابق با استاندارد EIA-481-1-B است. کد طبقه‌بندی باین روی هر بسته بسته‌بندی علامت‌گذاری شده است که امکان ردیابی مشخصات الکتریکی و نوری دسته را فراهم می‌کند.

8. پیشنهادات کاربردی و ملاحظات طراحی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

کاربرد اصلی در دستگاه‌های میکروب‌کش است: ضدعفونی‌کننده‌های سطحی برای تلفن‌ها یا اشیاء کوچک، واحدهای ضدعفونی آب برای سیستم‌های نقطه مصرف، ماژول‌های تصفیه هوا در سیستم‌های HVAC یا تصفیه‌کننده‌های هوای قابل حمل و محفظه‌های ضدعفونی برای ابزار پزشکی یا دندانپزشکی. اندازه کوچک آن امکان ادغام در محصولات فشرده و قابل حمل را فراهم می‌کند.

8.2 ملاحظات طراحی حیاتی

مدار درایو:یک درایور جریان ثابت ضروری است، نه یک منبع ولتاژ ثابت، تا خروجی نوری پایدار را تضمین کند و از فرار حرارتی جلوگیری کند. درایور باید قادر به تأمین ولتاژ مورد نیاز (≥ VF max) در جریان تنظیم شده باشد.

مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین جنبه طراحی سیستم LED فرابنفش C است. مقاومت حرارتی بالا (38 K/W) به این معنی است که گرما به سرعت در اتصال جمع می‌شود. یک PCB با هسته فلزی (MCPCB) یا راه‌حل مدیریت حرارتی مؤثر دیگر برای نگه داشتن دمای اتصال زیر 90 درجه سانتی‌گراد، به ویژه هنگام کار در حداکثر جریان یا نزدیک به آن، اجباری است. باید از منحنی کاهش جریان پیروی کرد.

طراحی نوری:پرتو وسیع 120 درجه‌ای ممکن است نیاز به بازتابنده‌ها یا لنزها داشته باشد تا نور UVC را برای ضدعفونی مؤثر روی سطح هدف هدایت کند. مواد باید در برابر UVC پایدار باشند (مانند درجه‌های خاصی از آلومینیوم، PTFE، کوارتز) زیرا بسیاری از پلاستیک‌ها در معرض UVC تخریب می‌شوند.

ایمنی:تابش UVC برای پوست و چشم انسان مضر است. محصولات باید شامل قفل‌های ایمنی، تایمرها و محافظ‌هایی برای جلوگیری از قرارگیری کاربر باشند. برچسب‌گذاری مناسب مورد نیاز است.

9. قابلیت اطمینان و طول عمر

دیتاشیت شامل یک برنامه آزمایش قابلیت اطمینان جامع است. آزمایش‌هایی مانند طول عمر عملیاتی دمای اتاق (RTOL)، طول عمر عملیاتی دمای بالا/پایین (HTOL/LTOL) و چرخه دمایی برای مدت زمان تا 3000 ساعت انجام می‌شود. معیار خرابی به عنوان تغییر در ولتاژ پیشروی بیش از 10٪، افت شار تابشی زیر 50٪ از مقدار اولیه یا تغییر طول موج اوج فراتر از ±2nm تعریف شده است. این آزمایش‌ها استحکام محصول تحت تنش‌های محیطی مختلف را تأیید می‌کنند و ادعاهای طول عمر عملیاتی طولانی هنگام استفاده در محدوده مشخصات را پشتیبانی می‌کنند.

10. مقایسه فنی و تمایز

در مقایسه با لامپ‌های UVC سنتی مبتنی بر جیوه، این LED مزایای قابل توجهی ارائه می‌دهد: راه‌اندازی فوری (بدون زمان گرم شدن)، عدم محتوای جیوه خطرناک، طول عمر بیشتر، اندازه فشرده و قابلیت تنظیم نور دیجیتال. در مقایسه با سایر LEDهای UVC، ترکیب خاص آن از توان نوری (10mW معمول @60mA)، طول موج (275nm) و اندازه بسته‌بندی (3.5x3.5mm) آن را برای کاربردهایی که نیاز به تعادل بین خروجی و فاکتور فرم دارند، قرار می‌دهد. سیستم باینینگ دقیق، قابلیت پیش‌بینی برای تولید انبوه را فراهم می‌کند.

11. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: به چه ولتاژ درایوری نیاز دارم؟

ج: ولتاژ خروجی سازگاری درایور جریان ثابت شما باید بالاتر از حداکثر ولتاژ پیشروی (VF max) دسته LED مورد استفاده شما، معمولاً 7.0V، به علاوه مقداری حاشیه امنیت برای تلفات در مسیرها و اتصالات باشد.

س: چگونه دوز ضدعفونی را محاسبه کنم؟

ج: دوز (بر حسب ژول بر سانتی‌متر مربع، J/cm²) حاصلضرب تابندگی (توان نوری در واحد سطح، W/cm²) و زمان قرارگیری (ثانیه) است. شما باید تابندگی در سطح هدف را بر اساس شار تابشی LED، زاویه پرتو، فاصله و اپتیک اندازه‌گیری یا محاسبه کنید. این را با دوز مورد نیاز برای غیرفعال کردن پاتوژن هدف خود مقایسه کنید.

س: آیا می‌توانم آن را به طور پیوسته در 100mA راه‌اندازی کنم؟

ج: تنها در صورتی می‌توانید آن را در 100mA راه‌اندازی کنید که بتوانید تضمین کنید دمای اتصال زیر 90 درجه سانتی‌گراد باقی می‌ماند، که نیاز به مدیریت حرارتی استثنایی دارد. به منحنی کاهش جریان مراجعه کنید؛ در دمای محیط بالا، حداکثر جریان مجاز به طور قابل توجهی کمتر است.

س: چرا ولتاژ پیشروی اینقدر بالا است؟

ج: LEDهای UVC بر اساس نیمه‌هادی‌های نیترید گالیم آلومینیوم (AlGaN) با گاف نواری بسیار وسیع هستند، که ذاتاً به ولتاژ بالاتری برای برانگیختن الکترون‌ها در سراسر گاف و تولید فوتون‌های با طول موج کوتاه نیاز دارد.

12. مطالعه موردی طراحی و استفاده

مورد: طراحی یک بطری ضدعفونی‌کننده آب قابل حمل.یک طراح قصد دارد بطری‌ای طراحی کند که بتواند 500 میلی‌لیتر آب را در 60 ثانیه ضدعفونی کند. با استفاده از LTPL-G35UVC275GS (دسته X3، 9-10mW)، آن‌ها برنامه‌ریزی می‌کنند از 4 LED استفاده کنند. شار تابشی کل حدود 36-40mW است. آب در یک محفظه نازک از کنار LEDها گردش می‌کند. با فرض بازده کوپلینگ نوری 50٪ و دوز UV مورد نیاز برای باکتری‌های رایج 40 mJ/cm²، آن‌ها سطح مورد نیاز محفظه و نرخ جریان را محاسبه می‌کنند. یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی 60mA برای هر LED با قابلیت خروجی 9V انتخاب می‌شود. یک هیت‌سینک آلومینیومی کوچک با MCPCB LED ادغام شده است تا گرما را در طول چرخه یک دقیقه‌ای مدیریت کند و دمای اتصال را به خوبی در محدوده مجاز نگه دارد. ویژگی‌های ایمنی شامل یک سوئیچ قفل درب و یک پوسته بیرونی مات است.

13. معرفی اصل عملکرد

یک LED فرابنفش C یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ پیشروی اعمال می‌شود، الکترون‌ها از طریق پیوند تزریق می‌شوند و در ناحیه فعال با حفره‌ها ترکیب می‌شوند. در یک LED فرابنفش C، گاف انرژی ماده نیمه‌هادی (AlGaN) بسیار بزرگ است (~4.5 الکترون ولت). هنگامی که ترکیب مجدد اتفاق می‌افتد، این انرژی به شکل یک فوتون (ذره نور) آزاد می‌شود. طول موج این فوتون با انرژی گاف نسبت معکوس دارد (λ = hc/Eg). یک گاف انرژی ~4.5 eV مربوط به طول موج فوتون تقریباً 275 نانومتر است که در محدوده UVC قرار دارد. این نور پرانرژی توسط DNA و RNA میکروارگانیسم‌ها جذب می‌شود و باعث ایجاد دیمرهای تیمین می‌شود که از تکثیر جلوگیری می‌کند و در نتیجه پاتوژن را غیرفعال می‌کند.

14. روندها و تحولات فناوری

حوزه LEDهای فرابنفش C به سرعت در حال تحول است. روندهای کلیدی شامل موارد زیر است:

افزایش بازده دیوار-پریز (WPE):تحقیقات بر بهبود بازده کوانتومی داخلی (چند الکترون فوتون تولید می‌کنند) و بازده استخراج نور (خارج کردن فوتون‌ها از تراشه) متمرکز است که مستقیماً شار تابشی را برای یک ورودی الکتریکی معین افزایش می‌دهد و توان سیستم و بار حرارتی را کاهش می‌دهد.

طول موج‌های بلندتر >280nm:در حالی که ~275nm برای عمل میکروب‌کشی بهینه است، LEDهایی که در طول موج‌های کمی بلندتر (مانند 280-285nm) تابش می‌کنند می‌توانند توان خروجی و بازده بالاتری ارائه دهند در حالی که همچنان قابلیت ضدعفونی قابل توجهی را حفظ می‌کنند و گزینه‌های مصالحه‌ای را برای طراحان ایجاد می‌کنند.

بهبود طول عمر و قابلیت اطمینان:پیشرفت‌ها در طراحی تراشه، مواد بسته‌بندی (به ویژه مواد کپسوله‌کننده پایدار در برابر UVC) و مدیریت حرارتی به طور پیوسته طول عمر عملیاتی (L70، زمان تا 70٪ خروجی اولیه) LEDهای فرابنفش C را افزایش می‌دهند و آن‌ها را برای کاربردهای عملیاتی پیوسته مناسب‌تر می‌سازند.

کاهش هزینه:با افزایش حجم تولید و بهبود بازده، هزینه هر میلی‌وات توان نوری UVC در حال کاهش است که پذیرش فناوری LED را در بخش‌های بیشتری از بازار، از محصولات حرفه‌ای تا مصرفی، تسریع می‌کند.