Fiche technique LED puissance moyenne 3020 - Dimensions 3.0x2.0mm - Tension 6.6V - Puissance 0.5W - Blanc froid/neutre/chaud - Documentation technique FR

Vue d'ensemble du produit

La série 3020 représente une solution LED de puissance moyenne conçue pour les applications d'éclairage général, offrant un équilibre optimal entre efficacité lumineuse, rapport coût-performance et fiabilité. Logée dans un boîtier en composé moulé époxy renforcé thermiquement (EMC), cette LED est conçue pour fournir des performances constantes dans un encombrement compact de 3,0 mm x 2,0 mm. La série se caractérise par ses ratios élevés de lumens par watt et de lumens par euro, ce qui en fait un choix convaincant pour les conceptions d'éclairage sensibles au coût mais axées sur la performance.

Le positionnement central de ce produit se situe sur les marchés de l'éclairage général en rénovation et en construction neuve, incluant les applications intérieures et extérieures. Ses principaux avantages découlent du matériau de boîtier EMC, qui offre une gestion thermique supérieure par rapport aux plastiques traditionnels, permettant des courants de commande plus élevés et une longévité accrue. La LED est nominalement conçue pour une puissance de 0,5 W mais peut être pilotée jusqu'à 0,8 W dans des conditions thermiques appropriées, offrant ainsi une flexibilité de conception.

Le marché cible englobe un large éventail de segments d'éclairage : remplacements directs des lampes à incandescence et fluorescentes traditionnelles dans les projets de rénovation, sources lumineuses primaires pour l'éclairage général résidentiel et commercial, rétroéclairage pour la signalétique, et éclairage architectural ou décoratif où la qualité de couleur et la fiabilité sont primordiales.

Analyse approfondie des paramètres techniques

Caractéristiques photométriques et colorimétriques

Les performances électro-optiques sont spécifiées dans des conditions d'essai standard de 25 °C de température ambiante et 60 % d'humidité relative, avec un courant de commande de 80 mA. La famille de produits propose des options de température de couleur corrélée (CCT) allant du blanc chaud (2725 K) au blanc froid (7040 K), détaillées dans le tableau de sélection des produits. Toutes les variantes maintiennent un indice de rendu de couleur (IRC ou Ra) minimum de 80, assurant une bonne fidélité colorimétrique pour l'éclairage général. Les valeurs typiques de flux lumineux vont de 54 lumens à 66 lumens à 80 mA, selon le classement CCT. Il est essentiel de noter les tolérances de mesure indiquées : ±7 % pour le flux lumineux et ±2 pour l'IRC. La CCT est dérivée du diagramme de chromaticité CIE 1931.

Paramètres électriques et thermiques

Les principaux paramètres électriques définissent l'enveloppe de fonctionnement de la LED. La tension directe typique (VF) est de 6,6 V à 80 mA, avec une tolérance de ±0,1 V. Le courant direct maximal absolu est de 120 mA, avec un courant pulsé (IFP) nominal de 200 mA pour des impulsions ≤100 µs et un rapport cyclique ≤1/10. La dissipation de puissance maximale (PD) est spécifiée à 816 mW. La capacité de tenue en tension inverse (VR) est de 5 V.

Les performances thermiques sont cruciales pour la fiabilité. La résistance thermique de la jonction au point de soudure (RθJ-SP) est typiquement de 21 °C/W. Ce paramètre relie directement la température de jonction en fonctionnement à la température de la carte. La température de jonction maximale admissible (Tj) est de 115 °C. Le dispositif présente un large angle de vision (2θ1/2) de 110 degrés, offrant une distribution lumineuse large et uniforme. La protection contre les décharges électrostatiques (ESD) est conforme au modèle du corps humain (HBM) jusqu'à 1000 V.

Valeurs maximales absolues

Le respect des valeurs maximales absolues est non négociable pour la fiabilité du dispositif. Le dépassement de ces limites peut entraîner des dommages permanents. Les valeurs sont : Courant direct (IF) : 120 mA ; Courant direct pulsé (IFP) : 200 mA ; Dissipation de puissance (PD) : 816 mW ; Tension inverse (VR) : 5 V ; Température de fonctionnement (Topr) : -40 °C à +85 °C ; Température de stockage (Tstg) : -40 °C à +85 °C ; Température de jonction (Tj) : 115 °C ; Température de soudure (Tsld) : 230 °C ou 260 °C pendant 10 secondes (selon le profil de refusion).

Explication du système de classement

Classement couleur / température de couleur corrélée (CCT)

Les LED sont triées en classes de couleur précises pour garantir l'uniformité au sein d'un luminaire. La structure de classement pour les coordonnées chromatiques suit un système elliptique sur le diagramme de chromaticité CIE 1931. Chaque classe (par exemple, 27M5, 30M5) est définie par un point central (coordonnées x, y), un demi-grand axe (a), un demi-petit axe (b) et un angle de rotation (Φ). Le système est aligné sur les exigences du programme Energy Star pour la plage de 2600 K à 7000 K. L'incertitude de mesure pour les coordonnées chromatiques est de ±0,007. Ce classement serré minimise les différences de couleur visibles entre les LED individuelles dans un réseau.

Classement du flux lumineux

Pour gérer l'uniformité de la luminosité, les LED sont également classées selon leur flux lumineux de sortie à 80 mA. Le flux est catégorisé en codes (E7, E8, E9, F1), chacun représentant une plage spécifique de lumens (par exemple, E8 : 58-62 lm, E9 : 62-66 lm, F1 : 66-70 lm). La classe de flux applicable pour une LED donnée dépend de sa classe de couleur. Ce classement bidimensionnel (couleur et flux) permet aux concepteurs de sélectionner des LED qui correspondent à la fois aux exigences de chromaticité et de luminosité de leur application.

Classement de la tension directe

La tension directe est triée en trois classes pour faciliter la conception de l'alimentation et l'équilibrage du courant dans les chaînes en parallèle. Les classes sont : Code C (5,5 V - 6,0 V), Code D (6,0 V - 6,5 V) et Code E (6,5 V - 7,0 V), mesurées à 80 mA avec une tolérance de ±0,1 V. La sélection de LED provenant de la même classe de tension peut aider à garantir une distribution de courant et des performances thermiques plus uniformes dans les systèmes multi-LED.

Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques clés pour l'analyse de conception. Le tracé de la distribution spectrale relative montre le spectre d'émission, typique d'une LED blanche à conversion de phosphore, avec un pic d'excitation bleu et une large émission de phosphore jaune. La distribution de l'angle de vision confirme le motif d'émission de type Lambertien avec le demi-angle de 110 degrés.

Les caractéristiques du courant direct sont critiques. La courbe IF vs Flux lumineux relatif montre que la sortie lumineuse augmente de manière sous-linéaire avec le courant, l'efficacité diminuant généralement à des courants plus élevés en raison de l'augmentation de la chaleur et de l'affaiblissement. La courbe Tension directe vs Courant direct (IV) est essentielle pour la conception de l'alimentation, montrant la relation exponentielle V-I de la diode.

Les caractéristiques de température sont vitales pour les performances en conditions réelles. Le graphique de la Température ambiante (Ta) vs Flux lumineux relatif illustre la dépréciation de la sortie lumineuse lorsque la température ambiante (et par conséquent de jonction) augmente. La courbe Ta vs Tension directe montre le coefficient de température négatif de VF. Le graphique de la Température de jonction traçant Ta en fonction du flux relatif et de la tension directe éclaire davantage ces dépendances thermiques. Peut-être le plus important, la courbe de déclassement du Courant direct maximal vs Température ambiante dicte le courant de fonctionnement maximal sûr à des températures ambiantes élevées pour éviter de dépasser le Tj max de 115 °C.

Le Diagramme de chromaticité CIE représente visuellement les classes de couleur (27M5, 30M5, etc.) sous forme d'ellipses sur le lieu du corps noir, fournissant une référence claire pour la sélection des couleurs et les limites de classement.

Informations mécaniques et d'emballage

La LED utilise un boîtier pour montage en surface (SMD) avec des dimensions d'environ 3,0 mm de longueur et 2,0 mm de largeur. Le dessin mécanique fournit les dimensions détaillées, y compris l'espacement des pastilles, la hauteur du composant et la géométrie des pastilles de soudure. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance non définie de ±0,2 mm. Le dessin est présenté à l'échelle 1:1 pour une référence précise. Le boîtier comporte deux bornes d'anode et deux bornes de cathode, facilitant la formation de joints de soudure robustes et améliorant la conduction thermique vers le PCB. La polarité est clairement indiquée sur le boîtier lui-même, généralement par un indicateur de cathode tel qu'une encoche ou un marquage vert.

Recommandations de soudage et d'assemblage

Le composant est adapté aux procédés de soudage par refusion sans plomb. La température de soudage maximale est spécifiée à 230 °C ou 260 °C en pic pendant une durée de 10 secondes, selon le profil de refusion spécifique utilisé (par exemple, soudure SnAgCu). Il est impératif de suivre un profil de refusion recommandé avec des vitesses de montée et de descente contrôlées pour minimiser le choc thermique et éviter la fissuration ou le délaminage du boîtier. Le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL) n'est pas explicitement indiqué dans le contenu fourni, mais pour les boîtiers EMC, il est généralement recommandé de cuire les composants s'ils ont été exposés aux conditions ambiantes pendant de longues périodes avant la refusion pour éviter l'effet "pop-corn". Le stockage doit se faire dans un environnement sec et contrôlé, dans la plage de température spécifiée de -40 °C à +85 °C.

Recommandations d'application

Scénarios d'application typiques

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

Considérations de conception

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED de puissance moyenne traditionnelles dans des boîtiers PPA (Polyphthalamide) ou PCT (Polycyclohexylène-diméthylène téréphtalate), le principal facteur de différenciation de cette série 3020 EMC est sa performance thermique supérieure. Le matériau EMC a une conductivité thermique plus élevée et peut supporter des températures de jonction plus élevées sans jaunissement ni dégradation. Cela permet :

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

Étude de cas de conception et d'utilisation

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

Les LED seraient montées sur un MCPCB en aluminium. La puissance totale du système serait d'environ 24 * 0,528 W = ~12,7 W. Une alimentation à courant constant délivrant 80 mA avec une plage de tension couvrant 24 LED en série (24 * ~6,6 V = ~158 V) serait sélectionnée. Une simulation thermique serait effectuée pour s'assurer que la conception du MCPCB maintient la température du point de soudure des LED suffisamment basse pour conserver >90 % du flux lumineux initial à la température de fonctionnement nominale du luminaire. En spécifiant toutes les LED de la classe de couleur 40M5 et d'une seule classe de flux (par exemple, F1), une excellente uniformité de couleur et de luminosité sur l'ensemble du panneau serait obtenue.

Introduction au principe de fonctionnement

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. Le fonctionnement fondamental implique une puce semi-conductrice, généralement en nitrure de gallium-indium (InGaN), qui émet de la lumière bleue lorsqu'elle est polarisée en direct (électroluminescence). Cette lumière bleue est partiellement absorbée par une couche de phosphore au grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au cérium (YAG:Ce) déposée sur la puce. Le phosphore convertit une partie des photons bleus en un large spectre de lumière jaune. La combinaison de la lumière bleue restante et de la lumière jaune émise donne la perception de la lumière blanche. La température de couleur corrélée (CCT) exacte est contrôlée en faisant varier la composition et l'épaisseur du phosphore. Le boîtier EMC sert à protéger la puce semi-conductrice délicate et le phosphore, à fournir une structure mécanique, et surtout, à offrir un chemin principal pour la conduction de la chaleur de la jonction vers les pastilles de soudure et la carte de circuit imprimé.

Tendances technologiques

Le segment des LED de puissance moyenne, en particulier avec les boîtiers EMC, continue d'évoluer. Les principales tendances observables dans ce produit et sur le marché en général incluent :

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

La LED EMC 3020 s'inscrit fermement dans ces tendances, offrant une plateforme thermiquement robuste, efficace et économique pour la génération actuelle de solutions d'éclairage général.