Fiche technique LED puissance moyenne 3020 - 3.0x2.0mm - 19V Typ - 0.6W - Blanc froid/neutre/chaud - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

La série 3020 représente une famille de LED puissance moyenne utilisant un boîtier en composé de moulage époxy renforcé thermiquement (EMC). Cette conception est conçue pour offrir un équilibre optimal entre l'efficacité lumineuse (lumens par watt) et le rapport coût-efficacité (lumens par euro), ce qui en fait un choix convaincant pour une large gamme d'applications d'éclairage général. La série se caractérise par son empreinte compacte de 3,0 mm x 2,0 mm et est conçue pour une dissipation de puissance typique de 0,6 W, avec une puissance maximale admissible de 0,8 W dans des conditions spécifiées.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette série de LED découlent de son boîtier EMC et de ses optimisations de conception. Le matériau EMC offre une résistance thermique et une fiabilité à long terme supérieures par rapport aux plastiques traditionnels, permettant des performances stables à des températures de fonctionnement plus élevées. Les caractéristiques clés incluent un courant direct maximal de 40 mA, un indice de rendu de couleur (IRC) minimum de 80 pour une qualité de couleur élevée, et une compatibilité avec les procédés de brasage sans plomb par refusion. Ces attributs rendent la série idéale pour les lampes de rénovation, l'éclairage général intérieur et extérieur, le rétroéclairage pour signalisation, et les luminaires architecturaux ou décoratifs où la combinaison d'efficacité, de fiabilité et de qualité de couleur est primordiale.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres de performance spécifiés dans la fiche technique. Comprendre ces valeurs est essentiel pour une conception de circuit et une gestion thermique appropriées.

2.1 Caractéristiques électro-optiques

Les performances électro-optiques sont mesurées dans des conditions de test standard de I_F= 30 mA, T_a= 25 °C et 60 % d'humidité relative. Le flux lumineux est fourni pour deux températures critiques : la température ambiante (T_a= 25 °C) et la température du point de soudure (T_s= 85 °C). Cette dernière est un indicateur plus réaliste des performances dans une application réelle où la LED est montée sur une carte. Par exemple, un banc typique de blanc froid (65R6) délivre 72 lumens à T_a= 25 °C mais 62 lumens à T_s= 85 °C, soulignant l'importance de la conception thermique. La fiche technique note une tolérance de ±7 % sur les mesures de flux lumineux et une tolérance de ±2 sur les mesures d'IRC (Ra).

2.2 Paramètres électriques et thermiques

La tension directe (V_F) a une valeur typique de 19 V à 30 mA, avec une tolérance spécifiée de ±0,3 V. L'angle de vision (2Θ1/2) est large de 120 degrés, défini comme l'angle hors axe où l'intensité lumineuse chute à la moitié de sa valeur de crête. Un paramètre thermique critique est la résistance thermique jonction-point de soudure (R_{th j-sp}), spécifiée à une valeur typique de 22 °C/W. Cette valeur quantifie l'efficacité avec laquelle la chaleur circule de la jonction semi-conductrice au point de soudure ; une valeur plus basse indique une meilleure dissipation thermique. Le niveau de tenue aux décharges électrostatiques (ESD) est de 1000 V (modèle du corps humain), ce qui est un niveau standard pour les LED puissance moyenne.

2.3 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir. Elles ne doivent jamais être dépassées dans aucune condition de fonctionnement. Les limites clés incluent : un courant direct continu (I_F) de 40 mA, un courant direct pulsé (I_FP) de 60 mA (pour des impulsions ≤ 100 µs, rapport cyclique ≤ 1/10), une dissipation de puissance maximale (P_D) de 840 mW, et une température de jonction maximale (T_j) de 125 °C. La plage de température de fonctionnement et de stockage est de -40 °C à +105 °C. Le profil de température de brasage permet un pic de 230 °C ou 260 °C pendant un maximum de 10 secondes.

3. Explication du système de bacs

Pour garantir la cohérence de la couleur et de la luminosité en production, les LED sont triées en bacs. Cette série utilise un système de bacs complet basé sur les directives Energy Star pour la plage de 2600K à 7000K.

3.1 Température de couleur corrélée (CCT) et bacs de chromaticité

Le tableau de sélection des produits liste six groupes principaux de CCT, du blanc chaud (2725K, 3045K) au blanc froid (6530K). Chaque groupe CCT a un code de bac de couleur correspondant (par exemple, 27R5, 65R6). Le tableau 5 et la figure 9 détaillent la structure des bacs de chromaticité sur le diagramme CIE 1931. Chaque bac est défini par une zone elliptique avec une coordonnée centrale spécifique (x, y) à la fois à 25 °C et 85 °C, ainsi que des rayons de grand/petit axe (a, b) et un angle (Φ). L'incertitude de mesure pour les coordonnées de couleur est de ±0,007.

3.2 Bacs de flux lumineux

Au sein de chaque bac de chromaticité, les LED sont ensuite triées par leur flux lumineux à 30 mA. Le tableau 6 définit les rangs de flux. Par exemple, dans le bac de couleur 65R6, les LED sont disponibles avec les codes de flux F1 (66-70 lm min), F2 (70-74 lm min) et F3 (74-78 lm min), toutes mesurées à T_a= 25 °C. Ce bacs bidimensionnel (couleur + flux) permet aux concepteurs de sélectionner des LED répondant aux exigences précises de l'application en termes de point de couleur et de luminosité.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs graphiques qui illustrent le comportement de la LED dans des conditions variables, essentiels pour la modélisation prédictive et une conception robuste.

4.1 Caractéristiques IV et flux lumineux relatif

La figure 4 montre la relation entre la tension directe (V_F) et le courant direct (I_F). La courbe est relativement linéaire dans la plage de fonctionnement, avec V_Faugmentant avec le courant. La figure 3 trace le flux lumineux relatif en fonction de I_F. Le flux augmente de manière sous-linéaire avec le courant ; piloter la LED au-dessus des 30 mA recommandés donnera des rendements lumineux décroissants tout en générant nettement plus de chaleur, réduisant potentiellement l'efficacité et la durée de vie.

4.2 Dépendance à la température

Les figures 6 et 7 sont essentielles pour l'analyse thermique. La figure 6 montre le flux lumineux relatif diminuant linéairement à mesure que la température du point de soudure (T_s) augmente. À 125 °C, la sortie est d'environ 20 % de sa valeur à 25 °C. La figure 7 montre que V_Fdiminue également avec l'augmentation de la température, une caractéristique typique des diodes semi-conductrices. La figure 5 illustre le déplacement des coordonnées de chromaticité (CIE x, y) avec la température, ce qui est important pour les applications critiques en couleur.

3.3 Distribution spectrale et angle de vision

La figure 1 fournit une courbe typique de distribution spectrale de puissance, montrant l'intensité relative sur les longueurs d'onde. La forme de cette courbe détermine la CCT et l'IRC. La figure 2 représente le motif de rayonnement spatial (distribution de l'angle de vision), confirmant le profil d'émission de type Lambertien avec l'angle de vision spécifié de 120 degrés.

4.4 Déclassement en température ambiante

La figure 8 est une courbe de déclassement pour le courant direct maximal admissible en fonction de la température ambiante (T_a) et de la résistance thermique du système (R_j-a). Par exemple, avec un R_j-asystème de 45 °C/W, le courant maximal doit être réduit de 40 mA à T_a= 89 °C à environ 22 mA à T_a= 105 °C pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite de 125 °C. Ce graphique est essentiel pour déterminer les courants de fonctionnement sûrs dans des environnements à haute température.

5. Lignes directrices d'application et considérations de conception

5.1 Scénarios d'application typiques

En raison de son équilibre entre efficacité, coût et fiabilité, cette série de LED est bien adaptée pour :
- Lampes de rénovation :Remplacement direct des ampoules à incandescence, halogènes ou fluocompactes dans les ampoules, tubes et downlights.
- Éclairage général :Source de lumière principale dans les luminaires résidentiels, commerciaux et industriels.
- Rétroéclairage de signalisation :Fourniture d'un éclairage uniforme pour les enseignes intérieures et extérieures.
- Éclairage architectural :Éclairage de façade, éclairage en niche et autres applications décoratives où la qualité de couleur est importante.

5.2 Considérations de conception critiques

Gestion thermique :C'est le facteur le plus important pour les performances et la longévité. Le faible R_{th j-sp}de 22 °C/W n'est efficace que si le PCB et le dissipateur thermique offrent un chemin thermique faible vers l'ambiance. L'utilisation de PCB à âme métallique (MCPCB) ou de cartes avec des vias thermiques adéquats est fortement recommandée. Se référer toujours à la courbe de déclassement (Fig. 8) pour régler le courant d'alimentation.
Alimentation en courant :Un pilote à courant constant est obligatoire pour une sortie lumineuse et une couleur stables. Le courant de fonctionnement recommandé est de 30 mA, bien qu'il puisse être poussé jusqu'à 40 mA si les conditions thermiques sont excellentes. Dépasser 40 mA risque d'endommager immédiatement la LED.
Optique :L'angle de vision de 120 degrés convient à de nombreuses applications d'éclairage général. Pour des faisceaux plus focalisés, des optiques secondaires (lentilles) seront nécessaires.
Protection ESD :Bien que classée pour 1000 V HBM, les précautions standard de manipulation ESD doivent être observées pendant l'assemblage et la manipulation.

6. Analyse comparative et différenciation technique

Dans le segment des LED puissance moyenne, les principaux facteurs de différenciation de cette série 3020 EMC sont :
1. Capacité à haute température :Le boîtier EMC permet un fonctionnement soutenu à des températures de point de soudure plus élevées (données fournies pour T_s= 85 °C) par rapport aux plastiques PPA ou PCT standard, qui peuvent jaunir et se dégrader.
2. Densité de puissance :Avec une capacité allant jusqu'à 0,8 W dans un boîtier de 3,0x2,0 mm, elle offre une densité de puissance plus élevée que de nombreuses LED puissance moyenne traditionnelles 3528 ou 2835, réduisant potentiellement le nombre de LED nécessaires pour un flux lumineux donné.
3. Caractéristique de tension :La tension directe typique de 19 V à 30 mA est notable. Les concepteurs doivent s'assurer que le pilote LED est configuré pour cette plage de tension plus élevée par rapport aux LED puissance moyenne plus courantes de 3 V ou 6 V.
4. Bacs complets :Le respect des bacs Energy Star et la fourniture de bacs de couleur et de flux offrent une prévisibilité et une cohérence pour les produits d'éclairage de qualité.

7. Questions fréquemment posées (basées sur les paramètres techniques)

Q : Pourquoi le flux lumineux est-il plus bas à T_s= 85 °C qu'à T_a= 25 °C ?
R : T_aest la température de l'air autour de la LED. T_sest la température au point de soudure, qui est beaucoup plus proche de la température de jonction réelle pendant le fonctionnement. Lorsque la température augmente, l'efficacité du semi-conducteur diminue, réduisant la sortie lumineuse. Les données à T_s= 85 °C sont une métrique de performance plus réaliste pour la conception.

Q : Puis-je alimenter cette LED en continu à 40 mA ?
R : La valeur maximale absolue est de 40 mA, mais c'est une limite de contrainte. La condition de fonctionnement recommandée est de 30 mA. Fonctionner à 40 mA n'est possible que si la gestion thermique est exceptionnelle (très faible R_j-asystème) et que la température ambiante est basse, conformément à la courbe de déclassement de la Fig. 8. Cela réduira l'efficacité et pourrait affecter la fiabilité à long terme.

Q : Comment interpréter le code de bac, par exemple '65R6' ?
R : Le code définit le bac de chromaticité. Les deux premiers chiffres (65) sont liés à la CCT (plage 6500K). La lettre (R) et le chiffre suivant (6) définissent l'ellipse spécifique sur le diagramme CIE où tombent les coordonnées de couleur de la LED, garantissant une cohérence de couleur stricte.

Q : Quelle est la signification de la résistance thermique de 22 °C/W ?
R : Cette valeur (R_{th j-sp}) indique que pour chaque watt de puissance dissipée dans la jonction de la LED, la différence de température entre la jonction et le point de soudure augmentera de 22 °C. Une valeur plus basse est meilleure. La résistance thermique totale du système (jonction-ambiance, R_j-a) inclut celle-ci plus la résistance du PCB, de l'interface thermique et du dissipateur.

8. Étude de cas de conception et d'utilisation

Scénario : Conception d'un tube LED de 1200 lumens.
Objectif :Remplacer un tube fluorescent T8 par un équivalent LED.
Processus de conception :
1. Cible de lumens :1200 lumens.
2. Sélection de la LED :Choisir le bac 65R6-F2 (Typique 72 lm à 30 mA, T_a= 25 °C). En tenant compte du déclassement thermique (estimation ~15 % de perte à la température de fonctionnement), supposer 61 lm par LED.
3. Calcul de la quantité :1200 lm / 61 lm par LED ≈ 20 LED.
4. Conception électrique :20 LED en série nécessiteraient une tension d'alimentation de 20 * 19 V = 380 V, ce qui est élevé. Une approche plus pratique est d'utiliser deux chaînes de 10 LED en série (190 V par chaîne) connectées en parallèle, alimentées par un pilote à courant constant réglé sur 60 mA au total (30 mA par chaîne).
5. Conception thermique :Puissance totale : 20 LED * 19 V * 0,03 A = 11,4 W. En utilisant un PCB en aluminium comme dissipateur, le concepteur doit calculer si le R_j-asystème est suffisamment bas pour maintenir la jonction en dessous de 125 °C dans l'environnement clos du tube, en utilisant la courbe de déclassement comme guide.
Ce cas met en évidence l'interaction entre la configuration électrique, la gestion thermique et les objectifs photométriques.

9. Principes techniques et tendances

9.1 Principe de fonctionnement

Cette LED fonctionne sur le principe de l'électroluminescence dans un semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe est appliquée à la jonction p-n, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. Les matériaux spécifiques (phosphores) utilisés dans le boîtier convertissent une partie de la lumière bleue primaire de la puce en longueurs d'onde plus longues, produisant la lumière blanche souhaitée avec une CCT et un IRC spécifiques. Le boîtier EMC sert à protéger la puce et les fils de liaison, à fournir une lentille primaire, et surtout, à offrir un chemin thermiquement conducteur pour dissiper la chaleur.

9.2 Tendances de l'industrie

Le marché des LED puissance moyenne continue d'évoluer vers une efficacité plus élevée (lm/W) et une fiabilité améliorée à moindre coût. L'utilisation de boîtiers EMC, comme observé dans cette série, est une tendance significative remplaçant les plastiques traditionnels en raison d'une résistance supérieure à la chaleur et à l'humidité, permettant des durées de vie plus longues et des courants d'alimentation plus élevés. De plus, il y a une poussée continue pour des bacs de couleur et de flux plus serrés pour répondre aux exigences d'un éclairage de haute qualité. L'intégration de ces composants en modules et moteurs d'éclairage est également une tendance croissante, simplifiant la conception pour les fabricants d'éclairage. Les données fournies dans cette fiche technique reflètent la norme actuelle de l'industrie pour caractériser et spécifier les performances dans des conditions thermiques réalistes.