Fiche technique C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H - LED Pixel Intelligent - Boîtier P-LCC-6 - 5V - Angle de vision 120°

1. Vue d'ensemble du produit

Le C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H est un composant LED intelligent à pixel intégré. Il combine des puces LED rouge, verte et bleue avec un circuit intégré (CI) pilote dédié 3 canaux dans un seul boîtier CMS (Dispositif Monté en Surface) P-LCC-6. Cette intégration simplifie la conception en éliminant le besoin de composants pilotes externes pour chaque canal de couleur.

La fonction principale du CI pilote intégré (appelé 4516-IC dans le document) est de fournir un contrôle linéaire individuel par Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM) 8 bits pour chacune des LED rouge (R), verte (G) et bleue (B). Cela permet de créer 16,7 millions de couleurs (2^24) par mélange précis d'intensités. Le contrôle s'effectue via un protocole de communication série simple à un seul fil, le rendant très économique et facile à mettre en œuvre dans diverses conceptions d'éclairage.

Le boîtier comporte un réflecteur interne et est moulé en résine claire incolore, contribuant à son large angle de vision de 120 degrés. Le mélange de lumière des trois LED de couleur primaire produit une émission blanche, rendant ce composant particulièrement adapté aux applications de rétroéclairage et de guide de lumière où un éclairage uniforme et à large angle est requis.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement en dehors de ces plages n'est pas garanti.

• Tension d'alimentation (VDD) :Maximum 6,5V. La tension de fonctionnement typique est de 5V, offrant une marge de sécurité.
• Dissipation de puissance (PD) :Moins de 400 mW. Cela limite la chaleur totale générée par le CI et les LED combinés.
• Courant de sortie LED (Iout) :Maximum 25 mA par canal. Le courant de sortie typique est spécifié à 20 mA dans les caractéristiques électriques.
• Température de fonctionnement (Topr) :-25°C à +85°C. Ceci définit la plage de température ambiante pour un fonctionnement fiable.
• Température de stockage (Tstg) :-40°C à +90°C.
• Décharge électrostatique (ESD) :Résiste à 2000V, indiquant un niveau de base de protection contre les manipulations.
• Température de soudage :Compatible avec les procédés sans plomb (Pb-free) : soudage par refusion IR à 260°C pendant un maximum de 10 secondes, ou soudage manuel à 350°C pendant un maximum de 3 secondes.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Mesurées à Ta=25°C et VDD=5V, ces paramètres définissent les performances de sortie lumineuse.

• Intensité lumineuse (Iv) :
  • Rouge (R) : 450 mcd (Min) à 1120 mcd (Max). La valeur typique est comprise dans cette plage.
  • Vert (G) : 1120 mcd (Min) à 2800 mcd (Max). Le vert est typiquement le canal le plus lumineux.
  • Bleu (B) : 280 mcd (Min) à 710 mcd (Max).
  • Tolérance :±11% pour l'intensité lumineuse.
• Angle de vision (2θ1/2) :100° (Min), 120° (Typique), 140° (Max). Le large angle typique de 120° est une caractéristique clé.
• Longueur d'onde dominante (λd) :
  • Rouge : 618 nm à 630 nm.
  • Vert : 520 nm à 535 nm.
  • Bleu : 463 nm à 475 nm.
  • Tolérance :±1 nm.
• Matériaux des puces :Le rouge utilise de l'AlGaInP, tandis que le vert et le bleue utilisent de l'InGaN, ce qui est standard pour les LED haute efficacité.

2.3 Caractéristiques électriques

Paramètres pour le CI pilote intégré, spécifiés sur Ta=-20 à +70°C et Vdd=4,5 à 5,5V.

• Courant de sortie (IOL) :19 mA (Min), 20 mA (Typ), 21 mA (Max). C'est le courant constant fourni à chaque LED.
• Niveaux logiques d'entrée (pour les broches DIN, SET) :
  • VIH (Tension d'entrée niveau haut) : Minimum 2,7V.
  • VIL (Tension d'entrée niveau bas) : Maximum 0,3 * Vdd (par ex., 1,5V max à Vdd=5V).
• Tension d'hystérésis (VH) :Typique 0,35V. Cela assure une immunité au bruit sur les broches d'entrée.
• Dissipation de courant dynamique (IDD_dyn) :Typique 2 mA. C'est le courant de fonctionnement du CI pilote lui-même.

3. Protocole de communication et temporisation

Le dispositif utilise un schéma de communication à un seul fil, sans retour à zéro (NRZ) pour recevoir des données 24 bits (8 bits pour chaque canal R, G, B).

3.1 Temporisation du transfert de données

Les niveaux logiques sont définis par la durée de l'impulsion haute dans un temps de cycle fixe de 1,2 µs.

• Logique '0' :Temps de tension haute (T0H) = 0,30 µs (±0,15µs), Temps de tension basse (T0L) = 0,90 µs.
• Logique '1' :Temps de tension haute (T1H) = 0,90 µs (±0,15µs), Temps de tension basse (T1L) = 0,30 µs.
• Signal de réinitialisation/verrouillage :Un signal de niveau bas sur la broche DIN pendant plus de 50 µs (spécifiquement, plus de 250 µs est indiqué) verrouille les données 24 bits reçues dans les registres de sortie, mettant à jour la luminosité des LED.

Les données sont transmises en commençant par le bit de poids fort (MSB) pour chaque couleur. La séquence pour un seul pixel est : R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. La broche DOUT retransmet le signal, permettant à plusieurs dispositifs d'être connectés en cascade à partir d'une seule ligne de données du contrôleur.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier et brochage

Le dispositif est logé dans un boîtier P-LCC-6 (Porteur de Puce à Broches en Plastique). Le dessin de dimension fourni montre un empreinte CMS typique. La configuration des broches est la suivante :

1. DI (Entrée de données) :Entrée du signal de données de contrôle.
2. VDD :Alimentation du circuit de contrôle / CI (typiquement 5V).
3. Anode (Broches 3 & 4) :Elles sont connectées en interne. Entrée d'alimentation pour les puces LED R, G, B. Doivent être connectées à une source de tension via des résistances de limitation de courant appropriées.
4. GND (Masse) :Masse commune pour le CI et les LED.
5. DOUT (Sortie de données) :Sortie du signal de données de contrôle pour la connexion en cascade vers la broche DI du dispositif suivant.

Note de conception critique :La fiche technique avertit explicitement que des résistances de limitation de courant externesdoiventêtre appliquées en série avec les broches Anode. Sans elles, même une légère augmentation de la tension d'alimentation de l'anode peut provoquer un changement de courant important et destructeur à travers les LED.

5. Recommandations de soudage, assemblage et stockage

5.1 Conditions de soudage

Le composant est sans plomb et compatible avec le soudage par refusion IR. Un profil de température sans plomb recommandé est fourni :

• Préchauffage :150–200°C pendant 60–120 secondes (rampe max de 3°C/sec).
• Refusion :Au-dessus de 217°C pendant 60–150 secondes, avec une température de pointe ne dépassant pas 260°C pendant un maximum de 10 secondes.
• Refroidissement :Taux de descente maximum de 6°C/sec.
• Important :Le soudage par refusion ne doit pas être effectué plus de deux fois. Aucune contrainte ne doit être appliquée sur le boîtier pendant le chauffage, et le PCB ne doit pas être déformé après le soudage.

5.2 Sensibilité à l'humidité et stockage

Le dispositif est conditionné dans des sacs barrières résistants à l'humidité avec dessiccant.

• Avant ouverture :Stocker à ≤30°C et ≤90% d'Humidité Relative (HR). Ne pas ouvrir le sac avant d'être prêt à l'emploi.
• Après ouverture (Durée de vie en atelier) :Les composants doivent être soudés dans les 24 heures suivant l'ouverture du sac étanche à l'humidité.
• Séchage :Si le temps de stockage est dépassé ou si le dessiccant indique une entrée d'humidité, un traitement de séchage à 60°C ±5°C pendant 24 heures est requis avant utilisation.

6. Conditionnement et commande

Le produit est fourni sur bande porteuse embossée, puis enroulé sur des bobines. La quantité standard chargée est de 2000 pièces par bobine. Les matériaux et le processus de conditionnement sont conçus pour être résistants à l'humidité. Les étiquettes sur la bobine incluent des identifiants standards tels que le Numéro de Produit (P/N), la quantité (QTY) et le numéro de lot (LOT No.). La fiche technique fait également référence à des bacs pour le Classement d'Intensité Lumineuse (CAT), le Classement de Longueur d'Onde Dominante (HUE) et le Classement de Tension Directe (REF), indiquant que le produit peut être disponible en grades de performance pré-triés.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Applications typiques

• Écrans vidéo LED intérieurs/extérieurs :Idéal pour les affichages pleine couleur basse à moyenne résolution, la signalétique et les tableaux de messages grâce au contrôle intégré et à la capacité de connexion en cascade.
• Rubans LED pleine couleur :Permet des rubans LED RGB adressables pour l'éclairage décoratif, architectural et de divertissement.
• Éclairage décoratif LED :Adapté aux luminaires à changement de couleur, à l'éclairage d'accentuation et aux installations interactives.
• Éclairage extérieur pour gaming :Peut être utilisé pour l'éclairage de boîtier PC, le rétroéclairage de clavier ou d'autres périphériques de gaming.
• Guide de lumière/Rétroéclairage :Le large angle de vision et le mélange d'émission blanche en font un bon candidat pour les applications de guide de lumière à éclairage latéral ou direct.

7.2 Considérations de conception critiques

1. Résistances de limitation de courant :C'est le composant externe le plus critique. Des résistances doivent être placées en série avec l'alimentation de l'Anode pour chaque canal de couleur (ou une résistance commune si une seule tension d'alimentation est utilisée pour toutes les couleurs) pour définir le courant maximum et protéger les LED. La valeur doit être calculée sur la base de la tension d'alimentation de l'Anode (V_anode), de la tension directe de la LED (Vf, estimée à partir des courbes typiques) et du courant souhaité (I, typiquement 20mA). R = (V_anode - Vf) / I.
2. Découplage de l'alimentation :Un condensateur de découplage (par ex., 0,1µF) doit être placé près de la broche VDD pour stabiliser l'alimentation du CI et filtrer le bruit.
3. Intégrité de la ligne de données :Pour les longues chaînes en cascade ou dans des environnements électriquement bruyants, envisagez d'ajouter une petite résistance série (par ex., 100Ω) à la sortie du contrôleur et/ou une résistance de tirage au niveau haut sur la ligne de données pour assurer des fronts de signal propres.
4. Gestion thermique :Bien que le boîtier soit basse puissance, des températures ambiantes élevées ou l'alimentation des trois LED à la luminosité maximale simultanément peuvent approcher la limite de dissipation de puissance. Assurez-vous d'avoir une surface de cuivre PCB adéquate ou un dissipateur thermique s'il est utilisé dans des réseaux à haute densité.
5. Conformité de la temporisation :Le microcontrôleur ou le pilote générant le signal de données doit strictement respecter les spécifications de temporisation T0H, T1H et de réinitialisation pour assurer une communication fiable.

8. Comparaison et différenciation technique

Le C4516SDWN3S1 intègre le pilote et les LED, ce qui le différencie des solutions discrètes (LED séparée + CI pilote externe). Les principaux avantages incluent :

• Conception simplifiée :Réduit le nombre de composants, l'empreinte PCB et la complexité d'assemblage.
• Contrôle à un seul fil :Minimise le câblage, en particulier dans les réseaux multi-pixels, par rapport aux solutions nécessitant des lignes d'horloge et de données séparées (par ex., SPI).
• Facteur de forme intégré :Le P-LCC-6 est un boîtier CMS courant et facile à assembler.
• Large angle de vision :L'angle de 120° est supérieur à celui de nombreuses LED à faisceau plus étroit, bénéfique pour les applications d'éclairage diffus.
• Limitations potentielles :L'intégration signifie que les performances de la LED (longueur d'onde, intensité) sont fixées aux bacs choisis. Le courant de sortie maximum par canal (25mA) convient aux usages d'indicateur et décoratifs mais peut être inférieur à celui des LED discrètes haute puissance.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

9.1 Combien de ces LED puis-je connecter en cascade ?

Théoriquement, un très grand nombre, limité principalement par la fréquence de rafraîchissement des données. Chaque pixel nécessite 24 bits de données. Le débit de données est déterminé par le temps de 1,2 µs par bit. Pour mettre à jour une chaîne de N pixels, vous avez besoin de (24 * N) bits plus une impulsion de réinitialisation finale (>50 µs). Pour une fréquence de rafraîchissement de 30 Hz, vous pourriez chaîner des centaines de pixels. La limite pratique est fixée par l'intégrité du signal et la distribution de l'alimentation sur les longues chaînes.

9.2 Pourquoi des résistances externes sont-elles absolument nécessaires ?

Le CI pilote intégré fournit un puits de courant constantsinkdu côté cathode de chaque LED (connecté en interne). Cependant, la valeur du courant est définie par la différence de tension entre la broche Anode (fournie en externe) et la référence interne du CI. Sans résistance série, la tension de l'Anode définit directement le courant. La tension directe de la LED (Vf) a un coefficient de température négatif (elle diminue lorsque la LED chauffe). Une légère augmentation de la tension d'alimentation ou une diminution de Vf due à l'échauffement peut provoquer une augmentation incontrôlée du courant, entraînant une défaillance rapide. La résistance fournit une contre-réaction négative, stabilisant le courant.

9.3 Puis-je utiliser un microcontrôleur 3,3V pour contrôler la broche DIN ?

Potentiellement, mais avec prudence. Le VIH minimum est de 2,7V. Un niveau logique haut 3,3V (~3,3V) répond à cette spécification. Cependant, les marges de bruit sont réduites. Il est crucial de garantir des signaux propres. Si possible, l'utilisation d'un microcontrôleur 5V ou d'un convertisseur de niveau est recommandée pour un fonctionnement robuste.

9.4 Quel est le rôle de la broche SET mentionnée dans les caractéristiques électriques ?

Bien que la broche de données principale soit DIN, la référence à une broche SET dans les spécifications de tension d'entrée suggère qu'il peut y avoir une broche supplémentaire pour la configuration (par ex., réglage d'une luminosité globale ou d'un mode). La description principale des broches ne liste que DI, VDD, Anode, GND, DOUT. Les concepteurs doivent consulter la version la plus détaillée de la fiche technique du CI pilote pour clarifier la fonctionnalité des broches si la broche SET est présente sur une variante spécifique.

10. Introduction au principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe simple d'un registre à décalage série-parallèle combiné à des puits de courant constant. Le flux de données série 24 bits est cadencé dans un registre à décalage interne via la temporisation sur la broche DI. Chaque bit correspond à l'état souhaité marche/arrêt pour une sous-période spécifique dans le cycle PWM pour un canal de couleur. Une fois la trame complète de 24 bits reçue, un signal bas prolongé (réinitialisation) verrouille ces données dans un deuxième ensemble de registres qui contrôlent directement les puits de courant de sortie. Ces puits de courant s'allument ensuite pendant une fraction de chaque période PWM proportionnelle à la valeur 8 bits pour chaque couleur, créant la luminosité et la couleur perçues. La broche DOUT fournit les données décalées du registre interne, permettant la cascade.

11. Tendances et contexte de développement

Les dispositifs comme le C4516SDWN3S1 représentent un segment mature et optimisé en coût du marché des LED adressables. Les tendances technologiques dans ce domaine incluent :

• Intégration plus élevée :Évolution vers des pilotes contrôlant plus de canaux (par ex., RGBW 4 canaux) ou incluant des fonctions supplémentaires comme la correction gamma et la diffusion d'erreur dans le CI.
• Protocoles de communication améliorés :Bien que le fil unique soit simple, les nouveaux protocoles offrent des débits de données plus élevés (comme les 800kHz du WS2812B) ou une meilleure immunité au bruit (signalisation différentielle, comme dans les panneaux LED professionnels).
• Profondeur de bits plus élevée :Progression de 8 bits (256 niveaux) vers 10 bits, 12 bits ou même 16 bits PWM par canal pour des dégradés de couleur plus lisses et une haute plage dynamique dans l'éclairage professionnel.
• Performances thermiques et électriques améliorées :Conceptions avec des chutes de tension plus faibles, une efficacité plus élevée et de meilleurs chemins thermiques pour permettre une luminosité soutenue plus élevée.
• Standardisation :Croissance des protocoles numériques standard de l'industrie (par ex., DMX, Art-Net) interfacés avec ces pilotes de pixels pour les installations à grande échelle.

Ce composant se situe fermement dans le courant dominant des LED RGB numériquement adressables à bas coût, équilibrant efficacement performance, simplicité et coût pour un large éventail d'applications grand public et commerciales.