Fiche technique LED RGB CMS LTSA-E35BCEGBW - Boîtier 12mm - Alimentation 5V - Protocole ISELED - Documentation technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un module LED RGB à montage en surface haute performance, conçu pour des applications exigeantes d'accessoires automobiles. Le dispositif intègre des puces LED rouge, verte et bleue avec un circuit driver dédié prenant en charge le protocole de communication numérique ISELED. Cette intégration permet un contrôle précis des couleurs, une connexion en cascade de plusieurs unités et des fonctionnalités avancées comme la compensation thermique directement dans le boîtier LED.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

L'avantage principal de ce produit est la combinaison des performances d'une LED haute luminosité avec un contrôle numérique intelligent dans un boîtier CMS compact. Les caractéristiques clés incluent :

• Interface Série Numérique :Utilise un bus de communication série bidirectionnel et semi-duplex conforme ISELED fonctionnant à 2 Mbit/s. Cela permet un contrôle de luminosité précis sur 8 bits pour chaque canal de couleur et la connexion de jusqu'à 4079 dispositifs en une seule chaîne, simplifiant le câblage dans les systèmes d'éclairage complexes.
• Intelligence Intégrée :Le circuit driver embarqué gère la génération de PWM pour le mélange des couleurs et dispose d'un CAN intégré pour la mesure de température. Il applique automatiquement une compensation au courant d'alimentation de la LED rouge pour maintenir une sortie lumineuse constante sur toute la plage de température de fonctionnement.
• Robustesse Automobile :Le composant est qualifié selon AEC-Q102 pour les puces LED et AEC-Q100 pour le circuit driver. Il est préconditionné pour une sensibilité à l'humidité JEDEC Niveau 2 et est compatible avec les processus de brasage par refusion infrarouge sans plomb.
• Conception pour la Fabrication :Fourni en bande de 12mm sur bobines de 7 pouces, le boîtier est compatible avec les équipements standards de placement automatique et de brasage, facilitant la production en grande série.

1.2 Marché cible et applications

Le marché cible principal est l'industrie automobile, spécifiquement pour les applications d'éclairage d'accessoires intérieurs et extérieurs où des performances fiables, un contrôle précis des couleurs et une capacité de mise en réseau sont requises. Les cas d'utilisation potentiels incluent l'éclairage d'ambiance, les indicateurs d'état et les éléments d'éclairage décoratif.

2. Paramètres techniques : Analyse objective approfondie

2.1 Valeurs maximales absolues et conditions de fonctionnement

Comprendre les limites de fonctionnement est essentiel pour une conception fiable. Le dispositif fonctionne avec une alimentation de 4,5V à 5,5V, avec une tension nominale de 5,0V. La plage de température ambiante de fonctionnement est spécifiée de -40°C à +110°C, avec une température de jonction maximale de 125°C. Le dispositif est conçu pour une tension de tenue ESD de 2 kV (HBM, Classe H1C selon AEC-Q101-001). Le stockage doit se faire entre -40°C et +125°C.

2.2 Caractéristiques photométriques et optiques

Les performances optiques sont mesurées à une température de jonction de 25°C sous commandes de luminosité maximale. Les métriques clés incluent :

• Intensité lumineuse :L'intensité lumineuse typique pour les couleurs individuelles est de 530 mcd pour le Rouge (longueur d'onde dominante 622 nm), 1180 mcd pour le Vert (527 nm) et 90 mcd pour le Bleu (461 nm). Lorsque les trois couleurs sont pilotées au maximum (lumière blanche), l'intensité lumineuse typique combinée est de 1800 mcd.
• Caractéristiques de couleur :Les coordonnées chromatiques typiques pour la lumière blanche sont x=0,3127, y=0,3290, ce qui correspond au point blanc D65. L'angle de vision (2θ1/2) est de 120 degrés, offrant un motif lumineux large et diffus adapté à l'éclairage de zone.
• Tolérances :L'intensité lumineuse a une tolérance de ±10%, la longueur d'onde dominante de ±1nm, et les coordonnées chromatiques de ±0,01. Ce sont des tolérances standard pour les LED de performance moyenne à élevée.

2.3 Caractéristiques électriques et thermiques

Les caractéristiques électriques révèlent la consommation électrique et les exigences de gestion thermique du dispositif.

• Consommation de courant :Le courant moyen consommé varie selon la couleur. Les valeurs typiques sont de 26,7 mA pour le Rouge, 20,5 mA pour le Vert et 10,0 mA pour le Bleu lorsque chaque couleur est pilotée individuellement à luminosité maximale. Le circuit driver lui-même consomme un courant de repos typique (I_drv) de 1,2 mA.
• Résistance thermique :La résistance thermique de la jonction LED au point de soudure (Rth_JS) est un paramètre critique pour la dissipation thermique. Les valeurs typiques sont de 70,3 °C/W pour la puce Rouge, 71 °C/W pour le Vert et 61,7 °C/W pour le Bleu. Ces valeurs sont mesurées sur un substrat FR4 avec une pastille de cuivre de 16mm². Une conception thermique de la carte PCB adéquate est essentielle pour maintenir la température de jonction en dessous du maximum de 125°C, en particulier lors du pilotage simultané de plusieurs couleurs ou à des températures ambiantes élevées.

2.4 Réinitialisation à la mise sous tension et interface de communication

Le dispositif dispose d'un circuit de réinitialisation à la mise sous tension avec un seuil typique de 4,2V (min 4,0V, max 4,4V). L'interface de communication série utilise une signalisation différentielle sur les broches SIO_P et SIO_N, avec des niveaux de tension correspondant à la plage d'alimentation Vcc (4,5V à 5,5V).

3. Analyse des courbes de performance

3.1 Dépendance thermique de l'intensité lumineuse

Les graphiques fournis illustrent l'intensité lumineuse relative (normalisée à la valeur à 25°C) en fonction de la température de jonction pour chaque couleur primaire et pour le blanc. Une observation clé est la baisse significative de l'intensité de la LED rouge lorsque la température augmente, caractéristique connue des matériaux AlInGaP. Cela souligne l'importance de la fonction de compensation thermique intégrée, qui ajuste le rapport cyclique PWM du rouge pour contrer cette baisse et maintenir la stabilité des couleurs.

3.2 Dépendance thermique de la chromaticité

Des graphiques supplémentaires montrent le déplacement des coordonnées chromatiques (ΔCx, ΔCy) avec la température de jonction. Ces déplacements sont plus prononcés pour les canaux rouge et bleu. Les données fournissent une base pour comprendre la dérive des couleurs en fonctionnement non compensé et mettent en valeur l'intérêt de la compensation embarquée et le potentiel d'étalonnage des couleurs au niveau système via l'interface numérique.

4. Informations mécaniques et sur le boîtier

4.1 Dimensions et contour du boîtier

Le dispositif utilise un boîtier à montage en surface. Le dessin dimensionnel indique l'empreinte physique et la hauteur. Toutes les dimensions critiques sont fournies en millimètres avec une tolérance générale de ±0,2 mm sauf indication contraire. La lentille est diffusante pour obtenir le large angle de vision de 120 degrés.

4.2 Configuration et fonction des broches

Le dispositif a une configuration à 8 broches :

1. PRG5 :Masse (pour fabrication/test de la LED).
2. SIO1_N :Côté Maître de la Communication Série, ligne différentielle négative.
3. SIO1_P :Côté Maître de la Communication Série, ligne différentielle positive.
4. GND :Masse (Broche 4).
5. GND :Masse (Broche 5).
6. SIO2_P :Côté Esclave de la Communication Série, ligne différentielle positive (pour connexion en cascade).
7. SIO2_N :Côté Esclave de la Communication Série, ligne différentielle négative.
8. Vcc_5V :Alimentation du circuit intégré (5V).

Les deux broches de masse (4 & 5) et les ports de communication séparés facilitent une distribution d'alimentation robuste et une connexion en cascade aisée de plusieurs dispositifs.

5. Directives de brasage et d'assemblage

5.1 Profil de refusion infrarouge

Un profil de refusion recommandé pour le brasage sans plomb est fourni, conforme à la norme J-STD-020B. Le profil spécifie les paramètres clés incluant le préchauffage, le maintien, la température de pic de refusion (260°C maximum pendant 10 secondes) et les vitesses de refroidissement. Respecter ce profil est crucial pour éviter les dommages thermiques aux puces LED, au circuit driver et aux liaisons internes par fil, assurant ainsi une fiabilité à long terme.

5.2 Notes de manipulation et de stockage

Le dispositif est préconditionné au Niveau 2 JEDEC. Cela signifie que les composants sensibles à l'humidité sont séchés et emballés avec un dessiccant. Une fois le sachet sec scellé ouvert, les composants doivent être assemblés dans un délai spécifié (typiquement 1 an à<10% d'humidité relative, ou des délais plus courts à une humidité plus élevée) ou être reséchés selon les instructions du fabricant pour éviter l'effet "pop-corn" pendant la refusion.

6. Description fonctionnelle et architecture système

6.1 Aperçu du diagramme fonctionnel interne

Le diagramme fonctionnel révèle un système intégré. Le cœur est un microcontrôleur "Unité Principale" qui gère la communication, la génération PWM et les fonctions système. Il reçoit les commandes via l'interface série ISELED. Trois puits de courant constant indépendants et configurables pilotent les anodes des LED Rouge, Verte et Bleue (pilotage côté bas). Un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN) intégré mesure périodiquement la température du dispositif via un capteur interne. Ces données sont utilisées par l'Unité Principale pour ajuster dynamiquement le rapport cyclique PWM de la LED rouge, compensant ainsi sa chute thermique. Le CAN peut également être commandé pour mesurer d'autres valeurs analogiques. Une mémoire non volatile programmable une seule fois (OTP) stocke les données d'étalonnage individuelles du dispositif (par ex., pour les variations de tension directe des LED), qui sont chargées dans des registres à la mise sous tension.

6.2 PWM et protocole de communication

La luminosité de chaque couleur est contrôlée via une Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM) avec une résolution de 8 bits (256 niveaux). Le protocole ISELED gère la transmission de ces valeurs de luminosité, l'adressage des dispositifs et la lecture des informations d'état (comme la température). Sa nature bidirectionnelle permet une communication de diagnostic, vérifiant la présence et l'état des dispositifs dans une chaîne.

7. Suggestions d'application et considérations de conception

7.1 Circuits d'application typiques

Dans une application typique, un microcontrôleur hôte avec un émetteur-récepteur ISELED se connecterait aux broches SIO1_P/N de la première LED d'une chaîne. Les broches SIO2_P/N de cette LED se connectent aux broches SIO1_P/N de la LED suivante, et ainsi de suite. Une seule ligne d'alimentation 5V, correctement découplée avec des condensateurs locaux, alimente toutes les LED de la chaîne. Le routage de la carte PCB doit assurer des connexions de masse à faible impédance et une gestion thermique adéquate en utilisant des zones de cuivre suffisantes connectées aux broches de masse du dispositif et à sa pastille thermique (si présente dans l'empreinte) pour dissiper la chaleur.

7.2 Considérations de conception

• Gestion thermique :Calculez la dissipation de puissance attendue (P = Vcc * I_total) et utilisez la résistance thermique (Rth_JS) pour estimer l'élévation de température au-dessus du point de soudure PCB. Assurez-vous que la conception PCB peut évacuer cette chaleur efficacement pour maintenir Tj
• Alimentation électrique :L'alimentation 5V doit être stable et capable de fournir le courant de crête pour toute la chaîne de LED. Prenez en compte le courant d'appel à la mise sous tension.
• Intégrité du signal :Pour les longues chaînes ou dans des environnements électriquement bruyants (comme l'automobile), suivez les bonnes pratiques pour le routage des paires différentielles (égalisation des longueurs, impédance contrôlée si possible) pour les lignes SIO.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux LED RGB analogiques traditionnelles, ce dispositif offre des avantages significatifs :Précision :Le contrôle numérique élimine les variations de couleur causées par les différences de tension directe et les tolérances des drivers analogiques.Simplicité :Réduit le nombre de lignes de contrôle de plusieurs lignes PWM par LED à une seule paire différentielle pour toute une chaîne.Intelligence :La compensation thermique intégrée et l'étalonnage stocké en OTP assurent des performances constantes sans circuit externe complexe.Diagnostic :Le bus bidirectionnel permet une surveillance de l'état au niveau système. Le principal compromis est la complexité accrue du logiciel de protocole de communication numérique par rapport à la simple génération de PWM.

9. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q : Combien de ces LED puis-je connecter en série ?

A : Jusqu'à 4079 dispositifs peuvent être connectés en une seule chaîne en cascade via l'interface ISELED.

Q : La compensation thermique fonctionne-t-elle automatiquement ?

A : Oui, le circuit driver interne mesure automatiquement la température et ajuste le rapport cyclique PWM de la LED rouge pour maintenir une intensité lumineuse constante. C'est une fonction matérielle indépendante du contrôleur hôte.

Q : Quel est le but de la mémoire OTP ?

A : L'OTP stocke les données d'étalonnage individuelles pour chaque dispositif, comme les valeurs de réglage des puits de courant ou les coefficients d'étalonnage des couleurs. Cela permet une performance très uniforme sur toutes les unités d'un lot de production.

Q : Puis-je utiliser un microcontrôleur 3,3V pour communiquer avec la LED 5V ?

A : Les broches SIO fonctionnent au niveau Vcc (4,5-5,5V). Une connexion directe à un dispositif logique 3,3V peut ne pas être fiable. Un convertisseur de niveau ou un circuit émetteur-récepteur ISELED conçu pour une tension de fonctionnement plus basse serait nécessaire.

10. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Éclairage d'ambiance de panneau de porte automobile.Un concepteur souhaite mettre en œuvre un éclairage d'ambiance multizone et changeant de couleur le long du panneau de porte et de l'accoudoir. En utilisant cette LED, il peut créer une longue chaîne de LED (par ex., 50 pièces) contrôlée par un seul maître ISELED situé dans le module de porte. Chaque LED peut être adressée individuellement ou groupée. L'hôte peut envoyer des commandes pour définir n'importe quelle couleur ou motif d'éclairage dynamique. La compensation thermique intégrée garantit que l'intensité de la couleur rouge reste stable même lorsque le panneau de porte chauffe au soleil, évitant un décalage de couleur indésirable vers le bleu/vert. Le câblage en cascade réduit considérablement le nombre de fils nécessaires par rapport à une solution parallèle RGB+driver, simplifiant la conception du faisceau et réduisant les coûts et le poids.

11. Introduction au principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur un principe mixte analogique-numérique. Le cœur numérique reçoit les données série, décode les commandes et définit des registres qui déterminent les rapports cycliques PWM pour trois générateurs PWM matériels indépendants. Ces signaux PWM pilotent des MOSFET côté bas agissant comme des puits de courant constant pour les LED. Le niveau de courant pour chaque canal est fixé en interne (probablement défini par l'étalonnage OTP). La partie frontale analogique inclut le capteur de température dont la tension de sortie est numérisée par le CAN. La logique numérique utilise cette lecture de température pour appliquer une courbe de compensation prédéfinie, modifiant en temps réel la valeur du registre PWM du rouge. Ce contrôle en boucle fermée (mesure de température, ajustement du pilotage) se produit de manière autonome au sein du dispositif.

12. Tendances technologiques et contexte

Ce produit s'inscrit dans une tendance claire de l'éclairage LED : le passage de nœuds analogiques à des nœuds numériques intelligents. Le protocole ISELED est un écosystème spécifique développé pour l'éclairage automobile, en concurrence avec d'autres standards comme les LED adressables basées sur SPI (par ex., WS2812B) ou l'Ethernet automobile. L'intégration de la détection (température) et du traitement directement dans le boîtier LED permet un "éclairage intelligent" où chaque point de lumière peut être individuellement étalonné, surveillé et contrôlé. Cela facilite des fonctionnalités avancées comme la maintenance prédictive (détection de la dégradation des LED), des motifs d'éclairage adaptatifs complexes et une correspondance des couleurs parfaite entre différents matériaux et lots de production. L'accent mis sur la qualification AEC-Q et une communication robuste le rend adapté aux conditions électriques et environnementales sévères des applications automobiles, un domaine de croissance clé pour la technologie LED avancée.