دیتاشیت فنی LED فرابنفش C LTPL-G35UVC275GC - ابعاد 3.5x3.5mm - ولتاژ معمولی 5.7V - طول موج 275nm - توان تابشی معمولی 19mW - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

سری محصول LTPL-G35UVC نمایانگر یک منبع نور حالت جامد پیشرفته و بهینه از نظر انرژی است که برای کاربردهای گندزدایی و پزشکی طراحی شده است. این فناوری، عمر عملیاتی طولانی و قابلیت اطمینان بالای ذاتی دیودهای نورافشان (LED) را با خروجی مؤثر گندزدایی ترکیب می‌کند و چالشی برای منابع نور فرابنفش مرسوم ایجاد می‌کند. این محصول انعطاف‌پذیری طراحی فراهم کرده و امکان‌های جدیدی برای راه‌حل‌های ضدعفونی با UVC می‌گشاید.

1.1 مزایای اصلی و بازار هدف

این LED فرابنفش C برای کاربردهایی طراحی شده که نیازمند غیرفعال‌سازی مؤثر میکروارگانیسم‌ها هستند. مزایای اصلی آن شامل هزینه‌های عملیاتی و نگهداری به‌طور قابل توجهی پایین‌تر در مقایسه با لامپ‌های بخار جیوه سنتی است که ناشی از بازده انرژی بالاتر و عمر طولانی‌تر است. این قطعه مطابق با RoHS و عاری از سرب بوده و با مقررات زیست‌محیطی جهانی همسو است. همچنین با مدارهای مجتمع (IC) سازگار است که ادغام آن را در سیستم‌های کنترل الکترونیکی مدرن تسهیل می‌کند. بازارهای هدف شامل ضدعفونی تجهیزات پزشکی، سیستم‌های تصفیه آب و هوا و تجهیزات ضدعفونی سطوح می‌شود.

2. پارامترهای فنی: تفسیر عینی و عمیق

2.1 حداکثر مقادیر مطلق مجاز

کارکرد دستگاه فراتر از این محدودیت‌ها ممکن است باعث آسیب دائمی شود. حداکثر اتلاف توان (Po) برابر 1.1 وات است. حداکثر جریان مستقیم مطلق (IF) برابر 150 میلی‌آمپر است. دستگاه می‌تواند در محدوده دمای محیطی (Topr) 40- درجه سلسیوس تا 80+ درجه سلسیوس کار کند و در دمای انبار (Tstg) 40- تا 100+ درجه سلسیوس نگهداری شود. حداکثر دمای مجاز اتصال (Tj) برابر 105 درجه سلسیوس است. کارکرد طولانی‌مدت در شرایط بایاس معکوس توصیه نمی‌شود زیرا ممکن است منجر به خرابی قطعه شود.

2.2 ویژگی‌های الکترواپتیکی در دمای محیط 25 درجه سلسیوس

پارامترهای کلیدی عملکرد در جریان آزمایش استاندارد 120mA اندازه‌گیری می‌شوند. ولتاژ مستقیم (Vf) مقدار معمولی 5.7 ولت، حداقل 5.0 ولت و حداکثر 7.5 ولت را دارد. شار تابشی (Φe) که نمایانگر کل توان نوری خروجی است، معمولاً 19 میلی‌وات با حداقل 14 میلی‌وات است. طول موج پیک (λp) در طیف UVC متمرکز شده و از 265 نانومتر تا 280 نانومتر متغیر است که هدف آن رسیدن به پیک جذب DNA/RNA برای ضدعفونی مؤثر است. مقاومت حرارتی از اتصال به نقطه لحیم‌کاری (Rth j-s) معمولاً 24 کلوین بر وات است که نشان‌دهنده نیاز به مدیریت حرارتی مناسب است. زاویه دید (2θ1/2) معمولاً 120 درجه است. دستگاه می‌تواند در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD) تا 2000 ولت (مدل بدن انسان) مقاومت کند.

2.3 ویژگی‌های حرارتی

گرماخور مؤثر برای عملکرد و طول عمر حیاتی است. مقاومت حرارتی مشخص‌شده (Rth j-s) معادل 24 کلوین بر وات با استفاده از یک برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) آلومینیومی به ابعاد 2.0 در 2.0 در 0.17 سانتی‌متر اندازه‌گیری شده است. تجاوز از حداکثر دمای اتصال 105 درجه سلسیوس، کاهش شار نوری را تسریع کرده و می‌تواند منجر به خرابی فاجعه‌بار شود. طراحان باید گرماخور لازم را بر اساس توان اعمالی و شرایط محیطی محاسبه کنند تا اتصال در محدوده ایمن حفظ شود.

3. توضیح سیستم دسته‌بندی (بینینگ)

برای اطمینان از یکنواختی در طراحی کاربرد، LEDها بر اساس عملکرد دسته‌بندی می‌شوند.

3.1 دسته‌بندی ولتاژ مستقیم (Vf)

LEDها در جریان 120mA در پنج دسته ولتاژ (V1 تا V5) دسته‌بندی می‌شوند که هر کدام بازه 0.5 ولت از 5.0 ولت تا 7.5 ولت را پوشش می‌دهند. تلرانس هر دسته ±0.1 ولت است. این امر به طراحان اجازه می‌دهد LEDهایی با افت ولتاژ مشابه را برای کارکرد پایدار در پیکربندی‌های موازی انتخاب کنند یا نیازمندی‌های درایور را به دقت پیش‌بینی نمایند.

3.2 دسته‌بندی شار تابشی (Φe)

خروجی نوری در جریان 120mA در چهار دسته شار (X1 تا X4) دسته‌بندی می‌شود. X1 بازه 14-17 میلی‌وات، X2 بازه 17-20 میلی‌وات، X3 بازه 20-23 میلی‌وات و X4 شامل قطعات با 23 میلی‌وات و بالاتر را پوشش می‌دهد. تلرانس ±7% است. این دسته‌بندی برای کاربردهایی که نیازمند کنترل دقیق دُز هستند حیاتی است، زیرا شار تابشی مستقیماً بر اثربخشی گندزدایی تأثیر می‌گذارد.

3.3 دسته‌بندی طول موج پیک (Wp)

همه قطعات در یک دسته طول موج واحد، W1، قرار می‌گیرند که از 265 نانومتر تا 280 نانومتر گسترده است و تلرانس اندازه‌گیری آن ±3 نانومتر است. کد دسته بر روی بسته‌بندی برای ردیابی درج شده است.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

4.1 شار تابشی نسبی در مقابل جریان مستقیم

خروجی نوری به صورت فوق‌خطی با جریان افزایش می‌یابد. در حالی که راه‌اندازی در جریان‌های بالاتر (تا حداکثر مطلق 150mA) خروجی بیشتری تولید می‌کند، اما گرمای بسیار بیشتری نیز ایجاد می‌کند که باید مدیریت شود تا از فرار حرارتی و تخریب تسریع‌شده جلوگیری گردد.

4.2 توزیع طیفی نسبی

منحنی خروجی طیفی، یک باند انتشار باریک را نشان می‌دهد که در محدوده UVC متمرکز شده است. طول موج پیک دقیق درون دسته 265-280 نانومتر بر بازده غیرفعال‌سازی میکروبی تأثیر می‌گذارد، زیرا پاتوژن‌های مختلف طیف‌های جذب کمی متفاوتی دارند.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (منحنی I-V)

این منحنی رابطه نمایی دیود بین ولتاژ و جریان را نشان می‌دهد. برای طراحی درایورهای جریان ثابت ضروری است، زیرا یک تغییر کوچک در ولتاژ می‌تواند باعث تغییر بزرگی در جریان شود که بر هر دو خروجی نور و دمای دستگاه تأثیر می‌گذارد.

4.4 شار تابشی نسبی در مقابل دمای اتصال

بازده LED فرابنفش C به شدت به دما حساس است. شار تابشی با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این نمودار میزان کاهش مجاز را کمّی می‌کند و بر اهمیت حیاتی حفظ دمای پایین اتصال برای عملکرد نوری یکنواخت در طول عمر دستگاه تأکید می‌کند.

4.5 الگوی تابش

نمودار قطبی، زاویه دید معمولی 120 درجه را نشان می‌دهد و توزیع فضایی تابش UVC ساطع‌شده را ترسیم می‌کند. این برای طراحی اپتیک یا رفلکتورها به منظور هدایت مؤثر نور گندزدا به سطح یا حجم هدف مهم است.

4.6 منحنی کاهش مجاز جریان مستقیم

این منحنی حداکثر جریان مستقیم مجاز را به عنوان تابعی از دمای محیط تعریف می‌کند. با افزایش دمای محیط، حداکثر جریان عملیاتی ایمن باید کاهش یابد تا از تجاوز دمای اتصال از 105 درجه سلسیوس جلوگیری شود.

4.7 ولتاژ مستقیم در مقابل دمای اتصال

ولتاژ مستقیم دارای ضریب دمایی منفی است؛ با افزایش دمای اتصال کاهش می‌یابد. این ویژگی گاهی می‌تواند برای نظارت غیرمستقیم دما در سیستم‌های مدیریت حرارتی حلقه بسته مورد استفاده قرار گیرد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

5.1 ابعاد کلی

پکیج دارای ابعاد پایه تقریباً 3.5mm x 3.5mm است. تمامی ابعاد دارای تلرانس ±0.2mm هستند مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد. برای طراحی الگوی لند PCB باید به نقشه مکانیکی دقیق مراجعه شود.

5.2 شناسایی قطبیت و طراحی پد

طرح‌بندی پد اتصال برد مدار چاپی توصیه‌شده ارائه شده است تا اطمینان از لحیم‌کاری و اتصال حرارتی مطمئن حاصل شود. پدهای آند و کاتد به وضوح مشخص شده‌اند. رعایت این الگوی لند برای تراز صحیح، اتصال الکتریکی و انتقال حرارت از اتصال LED به PCB حیاتی است.

6. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

6.1 پروفیل ریفلو لحیم‌کاری بدون سرب

پروفیل ریفلو بدون سرب توصیه می‌شود. پارامترهای کلیدی شامل: حداکثر دمای پیک (Tp) برابر 260 درجه سلسیوس (دمای توصیه‌شده 245 درجه سلسیوس)، با زمان بالای 217 درجه سلسیوس (tL) بین 60 تا 150 ثانیه. دمای پیش‌گرم باید بین 150 تا 200 درجه سلسیوس به مدت 60 تا 120 ثانیه باشد. نرخ افزایش دما نباید از 3 درجه سلسیوس بر ثانیه تجاوز کند و نرخ کاهش دما نباید از 6 درجه سلسیوس بر ثانیه بیشتر باشد. کل زمان از 25 درجه سلسیوس تا دمای پیک باید زیر 8 دقیقه باشد. فرآیند خنک‌سازی سریع توصیه نمی‌شود.

6.2 لحیم‌کاری دستی و نکات کلی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، دمای نوک هویه نباید از 300 درجه سلسیوس تجاوز کند و زمان تماس باید حداکثر به 2 ثانیه محدود شود و تنها برای یک بار عملیات انجام گیرد. ریفلو لحیم‌کاری نباید بیش از سه بار انجام شود. تمامی مراجع دمایی برای سطح بالایی بدنه پکیج است. استفاده از لحیم‌کاری غوطه‌وری تضمین نشده است. پروفیل لحیم‌کاری ممکن است نیاز به تنظیم بر اساس خمیر لحیم خاص مورد استفاده داشته باشد.

6.3 تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، تنها باید از حلال‌های الکلی مانند ایزوپروپیل الکل استفاده شود. تمیزکننده‌های شیمیایی نامشخص ممکن است به مواد پکیج LED و خواص نوری آن آسیب برسانند.

7. اطلاعات بسته‌بندی و سفارش

7.1 مشخصات نوار و قرقره

LEDها بر روی نوار حامل برجسته‌دار که با یک نوار پوششی مهر و موم شده، عرضه می‌شوند و بر روی قرقره‌های 7 اینچی پیچیده می‌شوند. یک قرقره استاندارد حداکثر حاوی 500 قطعه است و حداقل تعداد بسته‌بندی برای باقی‌مانده‌ها 100 قطعه می‌باشد. بسته‌بندی مطابق با مشخصات EIA-481-1-B است. حداکثر دو قطعه مفقوده متوالی در نوار مجاز است.

8. پیشنهادات کاربردی

8.1 سناریوهای کاربردی معمول

این LED فرابنفش C برای انواع کاربردهای گندزدایی مناسب است، از جمله: ضدعفونی سطوح در تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی، استریلیزاسیون ابزارها، سیستم‌های تصفیه آب برای کاربردهای نقطه مصرف یا مقیاس کوچک، و تصفیه هوا در سیستم‌های HVAC یا دستگاه‌های قابل حمل. ماهیت حالت جامد آن، آن را برای طراحی‌های فشرده یا مبتنی بر باتری که استفاده از لامپ‌های جیوه در آن‌ها عملی نیست، ایده‌آل می‌سازد.

8.2 ملاحظات طراحی

روش راه‌اندازی:LEDها قطعاتی با عملکرد جریانی هستند. استفاده از یک درایور جریان ثابت برای اطمینان از خروجی نور پایدار و جلوگیری از فرار حرارتی الزامی است. هنگام اتصال چندین LED، اتصال سری برای یکنواختی جریان ترجیح داده می‌شود. اگر اتصال موازی اجتناب‌ناپذیر است، به شدت توصیه می‌شود از مقاومت‌های محدودکننده جریان جداگانه یا درایورهای مجزا برای هر شاخه استفاده شود تا تغییرات جزئی Vf بین قطعات جبران گردد.
مدیریت حرارتی:این مهم‌ترین عامل طراحی است. از یک MCPCB مناسب یا روش گرماخور مؤثر دیگر استفاده کنید تا دمای اتصال تا حد ممکن پایین نگه داشته شود، ترجیحاً زیر 85 درجه سلسیوس برای حداکثر طول عمر و پایداری خروجی. مسیر حرارتی از نقطه لحیم‌کاری به محیط باید به دقت طراحی شود.
طراحی نوری:زاویه دید 120 درجه را در نظر بگیرید. برای کاربردهای متمرکز، ممکن است نیاز به اپتیک ثانویه (لنزها یا رفلکتورها) ساخته شده از مواد شفاف به UVC مانند کوارتز یا پلاستیک‌های تخصصی باشد. اطمینان حاصل کنید که تمام مواد در مسیر نوری در برابر تخریب ناشی از UVC مقاوم هستند.
ایمنی:تابش UVC برای پوست و چشم انسان مضر است. محفظه‌ها باید از هرگونه نشت نور UVC در حین کار جلوگیری کنند. در صورت لزوم، قفل‌های ایمنی و برچسب‌های هشدار را لحاظ کنید.

9. قابلیت اطمینان و طول عمر

9.1 برنامه آزمایش قابلیت اطمینان

محصول تحت یک برنامه آزمایش قابلیت اطمینان جامع قرار می‌گیرد که شامل: آزمایش عمر عملیاتی در دمای اتاق (RTOL) در جریان 120mA به مدت 3000 ساعت و در جریان 150mA به مدت 1000 ساعت؛ آزمایش عمر انبارداری در دمای بالا و پایین (HTSL/LTSL) در دمای 100 درجه سلسیوس و 40- درجه سلسیوس هر کدام به مدت 1000 ساعت؛ آزمایش انبارداری در دمای بالا و رطوبت بالا (WHTSL) در دمای 60 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 90% به مدت 1000 ساعت؛ و آزمایش شوک حرارتی غیرعملیاتی (TS) از 30- درجه سلسیوس تا 85 درجه سلسیوس برای 100 سیکل می‌باشد. آزمایش‌های عمر با LED نصب‌شده بر روی یک گرماخور فلزی به ابعاد 90x70x4mm انجام می‌شود.

9.2 معیارهای خرابی

یک قطعه پس از آزمایش در صورت تغییر ولتاژ مستقیم (Vf) در جریان 120mA بیش از ±10% از مقدار اولیه آن، یا در صورت افت شار تابشی (Φe) در جریان 120mA به زیر 50% مقدار اولیه آن، خراب در نظر گرفته می‌شود.

10. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: توان نوری معمولی چقدر است؟
ج: در جریان راه‌اندازی 120mA و دمای 25 درجه سلسیوس، شار تابشی معمولی 19 میلی‌وات است، با قطعاتی که از 14 میلی‌وات (حداقل) تا 23 میلی‌وات و بالاتر دسته‌بندی شده‌اند.

س: چگونه این LED را راه‌اندازی کنم؟
ج: شما باید از یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. حداکثر جریان مطلق 150mA است. یک نقطه کار معمولی 120mA است که ولتاژ مستقیم معمولی 5.7 ولت را تولید می‌کند. هرگز آن را مستقیماً به یک منبع ولتاژ بدون محدودیت جریان وصل نکنید.

س: چرا مدیریت حرارتی اینقدر مهم است؟
ج: بازده LED فرابنفش C به شدت با دما کاهش می‌یابد (منحنی شار تابشی نسبی در مقابل دمای اتصال را ببینید). دمای اتصال بالا همچنین طول عمر عملیاتی دستگاه را به شدت کاهش می‌دهد. گرماخور مناسب برای عملکرد مطمئن غیرقابل مذاکره است.

س: آیا می‌توانم از این برای ضدعفونی آب استفاده کنم؟
ج: بله، برای تصفیه آب مناسب است. طول موج 265-280 نانومتر در برابر باکتری‌ها، ویروس‌ها و پروتوزوئرها مؤثر است. طراحی باید اطمینان حاصل کند که نور UVC به طور مؤثر در آب نفوذ می‌کند و پکیج LED باید به درستی در برابر محیط مهر و موم شود.

س: چند بار می‌توانم این قطعه را ریفلو لحیم کنم؟
ج: حداکثر توصیه‌شده سه سیکل ریفلو است. لحیم‌کاری دستی باید تنها یک بار و با محدودیت‌های سختگیرانه زمان و دما انجام شود.

11. مثال طراحی و مورد استفاده

سناریو: طراحی یک چراغ قوه قابل حمل ضدعفونی سطوح.
1. طراحی الکتریکی:از یک باتری لیتیوم-یون (ولتاژ نامی 3.7 ولت) همراه با مدار درایور جریان ثابت بوست تنظیم‌شده روی 120mA استفاده کنید. درایور باید ولتاژ باتری را به ولتاژ مورد نیاز LED (~5.7 ولت) به طور کارآمد تبدیل کند. 2.طراحی حرارتی:LED را بر روی یک گرماخور آلومینیومی کوچک پره‌دار نصب کنید. مقاومت حرارتی کل مسیر (اتصال به لحیم، لحیم به گرماخور، گرماخور به محیط) باید محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که Tj در طول چرخه عملیاتی معمول 30-60 ثانیه زیر 85 درجه سلسیوس باقی می‌ماند. در صورتی که چراغ قوه برای استفاده طولانی‌مدت در نظر گرفته شده است، خنک‌سازی فعال (یک فن کوچک) را در نظر بگیرید. 3.طراحی مکانیکی/نوری:LED و گرماخور را در سر چراغ قوه جای دهید. از یک لنز کوارتزی برای متمرکز کردن پرتو 120 درجه‌ای بر روی یک نقطه کوچک‌تر برای تابندگی بالاتر بر سطح هدف استفاده کنید. محفظه باید به طور کامل از هرگونه نشت UVC به کاربر جلوگیری کند. 4.ویژگی‌های ایمنی:یک سنسور مجاورتی یا یک محافظ فیزیکی تعبیه کنید که باید قبل از روشن شدن LED با یک سطح در تماس باشد. یک تایمر برای محدود کردن مدت زمان تابش در هر فعال‌سازی قرار دهید.

12. معرفی فناوری و روندها

12.1 اصل عملکرد

LEDهای فرابنفش C، قطعات نیمه‌هادی هستند که هنگامی که جریان الکتریکی از آن‌ها می‌گذرد، نور در محدوده 200-280 نانومتر ساطع می‌کنند. این گسیل زمانی رخ می‌دهد که الکترون‌ها با حفره‌های الکترونی درون ناحیه فعال دستگاه بازترکیب شده و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. طول موج خاص توسط انرژی گاف باند مواد نیمه‌هادی مورد استفاده تعیین می‌شود که معمولاً برای UVC ترکیبات مبتنی بر آلومینیوم گالیم نیترید (AlGaN) هستند. تابش UVC ساطع‌شده، میکروارگانیسم‌ها را با آسیب رساندن به DNA و RNA آن‌ها غیرفعال کرده و از تکثیر آن‌ها جلوگیری می‌کند.

12.2 روندهای توسعه

بازار LEDهای فرابنفش C بر افزایش بازده دیوار به پریز (توان نوری خروجی به ازای هر توان الکتریکی ورودی) متمرکز است که به طور تاریخی کمتر از LEDهای مرئی بوده است. بهبودها در رشد اپیتاکسیال، طراحی چیپ و بازده استخراج از پکیج، به طور پیوسته در حال افزایش کارایی هستند. روند کلیدی دیگر، افزایش توان خروجی به ازای هر چیپ و هر پکیج است که امکان سیستم‌های ضدعفونی فشرده‌تر و قدرتمندتر را فراهم می‌کند. تحقیقات همچنین برای بهبود طول عمر و قابلیت اطمینان دستگاه در شرایط عملیاتی جریان بالا و دمای بالا ادامه دارد. کاهش هزینه از طریق مقیاس تولید و بهبود بازده، همچنان یک محرک حیاتی برای پذیرش گسترده‌تر بازار در برابر فناوری لامپ جیوه مرسوم باقی مانده است.