LED RGB SMD avec Circuit Intégré Embarqué - 5.0x5.0x1.6mm - Tension 4,2-5,5V - Puissance 99mW - Fiche Technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une LED de type composant monté en surface (SMD) qui intègre des puces semi-conductrices rouge, verte et bleue (RGB) avec un circuit intégré (CI) pilote 8 bits embarqué dans un seul boîtier. Cette solution intégrée est conçue pour simplifier les applications à courant constant pour les concepteurs, éliminant le besoin de résistances de limitation de courant externes ou de circuits pilotes complexes pour chaque canal de couleur.

1.1 Avantages principaux et positionnement produit

L'avantage principal de ce composant est son haut niveau d'intégration. En combinant la logique de contrôle et les émetteurs RGB, il forme un point pixel adressable complet. Cette architecture est particulièrement bénéfique pour les applications nécessitant de multiples LEDs, telles que les rubans LED, les affichages matriciels et l'éclairage décoratif, car elle réduit significativement le nombre de composants, l'espace sur carte et la complexité du système. Le dispositif est conditionné dans un boîtier standard conforme aux normes EIA, le rendant compatible avec les processus automatisés de placement et de soudage par refusion infrarouge, ce qui est crucial pour la fabrication en grande série.

1.2 Applications cibles et marchés

Cette LED est conçue pour un large éventail d'équipements électroniques où l'espace, l'efficacité et le contrôle des couleurs sont primordiaux. Ses principaux domaines d'application incluent :

• Modules pleine couleur et éclairage doux :Idéale pour créer des effets de changement de couleur dynamiques dans les rubans de lampes, l'éclairage d'accentuation architectural et les systèmes d'éclairage d'ambiance.
• Affichages intérieurs et signalétique :Adaptée aux écrans vidéo irréguliers, aux panneaux d'information et aux panneaux décoratifs où un contrôle individuel des pixels est requis.
• Électronique grand public :Peut être utilisée pour les indicateurs d'état, le rétroéclairage des panneaux avant ou l'éclairage esthétique dans des appareils tels que les équipements réseau, les appareils électroménagers et les périphériques informatiques.
• Équipements industriels et de bureau :Applicable pour la signalisation d'état et l'éclairage des interfaces opérateur dans divers contextes d'automatisation industrielle et de bureau.

2. Paramètres techniques : Analyse objective approfondie

Les sections suivantes fournissent une analyse objective détaillée des principales caractéristiques de performance du dispositif telles que définies dans la fiche technique.

2.1 Valeurs maximales absolues et limites de fonctionnement

Ces paramètres définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ils ne sont pas destinés au fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance (P_D) :99 mW. C'est la puissance totale maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque une surchauffe et une défaillance.
• Plage de tension d'alimentation (V_DD) :+4,2V à +5,5V. Le CI embarqué nécessite une alimentation régulée dans cette plage pour un fonctionnement fiable. Appliquer une tension en dehors de cette plage peut endommager les circuits de contrôle.
• Courant direct total (I_F) :18 mA. C'est la somme maximale des courants traversant simultanément les puces Rouge, Verte et Bleue.
• Plages de température :Le dispositif est conçu pour fonctionner de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des environnements de -40°C à +100°C.

2.2 Caractéristiques optiques

Mesurées à une température ambiante (T_a) de 25°C avec une tension d'alimentation (V_DD) de 5V et tous les canaux de couleur réglés sur la luminosité maximale (8'b11111111).

• Intensité lumineuse (I_V) :C'est la luminosité perçue de la sortie lumineuse. Les valeurs typiques sont : Rouge : 100-200 mcd, Vert : 250-500 mcd, Bleu : 50-120 mcd. La puce verte présente typiquement l'intensité lumineuse la plus élevée.
• Angle de vision (2θ_1/2) :120 degrés. Cet angle de vision large, caractéristique d'une lentille diffusante, signifie que la LED émet de la lumière sur une large zone, la rendant adaptée aux applications où la visibilité sous plusieurs angles est importante.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :Ce paramètre définit la couleur perçue de la lumière. Les plages spécifiées sont : Rouge : 615-630 nm, Vert : 520-535 nm, Bleu : 460-475 nm. Ces plages situent les couleurs dans les bandes spectrales visibles standard pour le rouge, le vert et le bleu.

2.3 Caractéristiques électriques

Définies pour une plage de température ambiante de -20°C à +70°C, V_DDde 4,2V à 5,5V, et V_SSà 0V.

• Courant de sortie du CI (I_F) :5 mA (typique). C'est le courant constant fourni par le CI pilote embarqué à chaque puce LED individuelle Rouge, Verte et Bleue. Cette conception à courant constant assure une sortie de couleur stable et protège les LEDs des pics de courant.
• Niveaux logiques d'entrée :Pour la broche d'entrée de données (DIN), un niveau logique haut (V_IH) est reconnu à 2,7V minimum jusqu'à V_DD. Un niveau logique bas (V_IL) est reconnu à 1,0V maximum. Ceci est compatible avec la logique des microcontrôleurs 3,3V et 5V.
• Courant de repos du CI (I_DD) :0,8 mA (typique) lorsque toutes les données LED sont réglées sur '0' (éteint). C'est la puissance consommée par le CI embarqué lui-même lorsque les LEDs ne sont pas allumées.

3. Protocole de transmission de données et contrôle

Le dispositif dispose d'un protocole de communication en cascade sur un seul fil, permettant à plusieurs unités d'être chaînées et contrôlées à partir d'une seule broche de microcontrôleur.

3.1 Principes fondamentaux du protocole

Les données sont transmises sous forme d'une séquence d'impulsions hautes et basses sur la broche DIN. Chaque bit ('0' ou '1') est encodé par un motif de temporisation spécifique dans une période nominale de 1,2 µs (±300ns).

• Bit '0' :Temps haut (T_0H) = 300 ns ±150ns, suivi du Temps bas (T_0L) = 900 ns ±150ns.
• Bit '1' :Temps haut (T_1H) = 900 ns ±150ns, suivi du Temps bas (T_1L) = 300 ns ±150ns.

La tolérance de temporisation permet une certaine variation dans les vitesses d'horloge des microcontrôleurs mais nécessite une temporisation logicielle ou matérielle précise pour une communication fiable.

3.2 Structure de la trame de données

Chaque LED nécessite 24 bits de données pour définir sa couleur. Les données sont envoyées dans l'ordre : Vert (8 bits), Rouge (8 bits), Bleu (8 bits). Chaque valeur de 8 bits contrôle la luminosité de ce canal de couleur spécifique avec 256 niveaux (0-255). Cela permet de créer 16 777 216 (256^3) combinaisons de couleurs possibles.

3.3 Cascade et réinitialisation

Les données envoyées sur la broche DIN de la première LED sont décalées à travers son registre interne puis sorties sur sa broche DOUT après 24 bits. Cette DOUT peut être connectée à la DIN de la LED suivante dans la chaîne, permettant à un nombre illimité de LEDs d'être contrôlées en série. Un signal bas sur la broche DIN durant plus de 250 µs (temps de RESET) amène toutes les LEDs de la chaîne à verrouiller les données actuellement dans leurs registres et à les afficher, puis à se préparer à recevoir de nouvelles données en commençant par la première LED de la chaîne.

4. Système de classement des couleurs

La fiche technique fournit un tableau de classement basé sur le diagramme de chromaticité CIE 1931 pour catégoriser la sortie de couleur de la LED blanche diffusante. Les codes de classe (A, B, C, D) définissent des quadrilatères sur le plan de coordonnées de couleur (x, y), chacun avec une tolérance de ±0,01. Ce système permet aux fabricants et aux concepteurs de sélectionner des LEDs avec des caractéristiques de couleur cohérentes pour des applications où l'uniformité des couleurs entre plusieurs unités est critique, comme dans les grands écrans ou les panneaux d'éclairage.

5. Analyse des courbes de performance

La fiche technique inclut des représentations graphiques des relations clés de performance.

5.1 Intensité relative en fonction de la longueur d'onde (Distribution spectrale)

Cette courbe montre le spectre d'émission de chaque puce de couleur (Rouge, Vert, Bleu). Elle affiche typiquement des pics distincts correspondant aux longueurs d'onde dominantes. La largeur de ces pics indique la pureté spectrale ; des pics plus étroits suggèrent des couleurs plus saturées. Le chevauchement entre les spectres de couleur, particulièrement dans la région vert-jaune, influencera la qualité et la gamme des couleurs mélangées (par exemple, créer un jaune pur à partir du rouge et du vert).

5.2 Courbe de déclassement du courant direct en fonction de la température ambiante

Ce graphique est crucial pour la gestion thermique. Il montre le courant direct maximal admissible par puce LED en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal de sécurité diminue. Par exemple, à 25°C, le courant maximal pourrait être proche de la valeur nominale de 18mA, mais à 85°C, le courant maximal autorisé est significativement plus bas. Les concepteurs doivent s'assurer que le courant de fonctionnement, surtout lorsque les trois couleurs sont à pleine luminosité, ne dépasse pas la limite déclassée à la température ambiante maximale prévue pour garantir une fiabilité à long terme.

5.3 Distribution spatiale (Diagramme de rayonnement)

Ce diagramme polaire illustre comment l'intensité lumineuse varie avec l'angle de vision par rapport à l'axe central de la LED. L'angle de vision de 120 degrés (2θ_1/2) fourni est le point où l'intensité tombe à 50% de la valeur sur l'axe. La lentille diffusante crée un motif de type Lambertien, fournissant un éclairage uniforme sur une large zone plutôt qu'un faisceau focalisé.

6. Informations mécaniques et de conditionnement

6.1 Dimensions et configuration du boîtier

Le dispositif a une empreinte nominale de 5,0 mm x 5,0 mm avec une hauteur de 1,6 mm. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0,2 mm sauf indication contraire. Un diagramme de vue de dessus identifie les quatre broches : 1 (VDD - Alimentation), 2 (DIN - Entrée de données), 3 (VSS - Masse), et 4 (DOUT - Sortie de données).

6.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure sur PCB

Un diagramme de motif de pastilles est fourni pour guider la conception du PCB. Respecter ces dimensions et espacements de pastilles recommandés est essentiel pour obtenir des joints de soudure fiables pendant le processus de refusion et assurer une stabilité mécanique correcte.

7. Instructions d'assemblage et de manipulation

7.1 Processus de soudure

Le dispositif est compatible avec les processus de soudure par refusion infrarouge (IR) adaptés à la soudure sans plomb (Pb-free). La fiche technique fait référence à un profil selon la norme J-STD-020B. Les paramètres clés d'un tel profil incluent la préchauffe, le maintien, la température de pic de refusion (qui ne doit pas dépasser la température maximale nominale du dispositif) et la vitesse de refroidissement. Suivre le profil recommandé est critique pour éviter les chocs thermiques, les défauts des joints de soudure ou les dommages au boîtier LED et au CI interne.

7.2 Nettoyage

Si un nettoyage post-assemblage est nécessaire, la méthode recommandée est d'immerger la carte assemblée dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température ambiante pendant moins d'une minute. L'utilisation de nettoyants chimiques non spécifiés ou agressifs est interdite car ils pourraient endommager la lentille plastique ou le matériau du boîtier.

8. Conditionnement et commande

Les LEDs sont fournies sur une bande porteuse gaufrée de 8 mm de large enroulée sur des bobines de 7 pouces (178 mm) de diamètre. La quantité d'emballage standard est de 4000 pièces par bobine. Les spécifications de la bande et de la bobine sont conformes aux normes ANSI/EIA 481, garantissant la compatibilité avec les équipements d'assemblage automatisés. Des dessins dimensionnels détaillés pour les alvéoles de la bande et la bobine sont fournis à des fins logistiques et de configuration machine.

9. Considérations de conception d'application

9.1 Conception de l'alimentation

Une alimentation stable et à faible bruit dans la plage de 4,2V à 5,5V est essentielle. La demande totale de courant pour une chaîne de LEDs doit être calculée : I_total= (Nombre de LEDs) * (I_{DD_quiescent}) + (Nombre de Pixels Allumés) * (I_{F_R}+ I_{F_G}+ I_{F_B}). Pour les grandes installations, considérez la chute de tension le long des lignes d'alimentation, ce qui peut nécessiter une injection de puissance à plusieurs points.

9.2 Intégrité du signal de données

Pour les longues chaînes en cascade ou dans des environnements électriquement bruyants, l'intégrité du signal sur la ligne de données (DIN/DOUT) peut se dégrader. Les stratégies pour atténuer cela incluent l'utilisation d'un débit de données plus faible (si la temporisation le permet), l'ajout d'une petite résistance en série (par exemple, 100-470 Ω) à la sortie du microcontrôleur pour réduire les oscillations, et l'assurance d'une connexion de masse solide et à faible impédance dans tout le système.

9.3 Gestion thermique

Bien que le pilote à courant constant fournisse une protection inhérente, la puissance dissipée sous forme de chaleur (P = V_f* I_fpour chaque puce, plus les pertes du CI) doit être gérée. Assurez une ventilation ou un dissipateur thermique adéquat si les LEDs fonctionnent à des niveaux de luminosité élevés ou à des températures ambiantes élevées, surtout dans des matrices densément peuplées. Reportez-vous à la courbe de déclassement de la section 5.2.

10. Comparaison et différenciation technique

Le principal facteur de différenciation de ce composant est lecircuit intégré pilote à courant constant embarqué. Comparé à une LED RGB standard qui nécessite trois résistances de limitation de courant externes et un circuit pilote externe de multiplexage ou MLI, cette solution intégrée offre des avantages significatifs :

• Conception simplifiée :Réduit la nomenclature (BOM) et la complexité de la disposition sur PCB.
• Cohérence améliorée :La source de courant constante sur puce fournit des conditions d'attaque identiques pour chaque couleur dans chaque unité, conduisant à une meilleure uniformité des couleurs sur une série de production.
• Cascadabilité :Le protocole à un seul fil permet de contrôler des centaines de LEDs à partir d'une seule broche de microcontrôleur, simplifiant grandement le câblage et le logiciel de contrôle pour les grandes installations.
• Profondeur de couleur élevée :Le contrôle 8 bits (256 niveaux) par canal de couleur permet des dégradés fluides et une vaste palette de couleurs, ce qui est supérieur aux solutions multiplexées ou contrôlées analogiquement plus simples.

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

Q : Puis-je alimenter cette LED directement à partir d'une alimentation de microcontrôleur 3,3V ?

R : Non. La tension d'alimentation minimale absolue (V_DD) est de 4,2V. Une alimentation 3,3V est en dessous de la plage de fonctionnement et n'alimentera pas correctement le CI embarqué. Vous avez besoin d'un rail d'alimentation séparé 5V (ou 4,2-5,5V) pour les LEDs.

Q : Comment calculer le courant requis pour mon projet avec 100 de ces LEDs ?

R : Vous devez considérer deux composantes : 1) Le courant de repos pour les CIs : 100 LEDs * 0,8 mA = 80 mA. 2) Le courant des LEDs : Cela dépend des couleurs affichées. Dans le pire des cas (toutes les LEDs affichant du blanc à pleine luminosité), chaque LED consomme ~15 mA (3 couleurs * 5 mA). Donc, 100 LEDs * 15 mA = 1500 mA. Courant total dans le pire cas ≈ 1580 mA ou 1,58A à 5V. Votre alimentation doit être dimensionnée pour cela.

Q : Que se passe-t-il si la temporisation du signal de données est légèrement en dehors de la tolérance spécifiée ?

R : Le dispositif peut mal interpréter les données, conduisant à l'affichage de couleurs incorrectes ou à un échec complet de la communication le long de la chaîne. Il est critique de générer le signal de données avec une temporisation aussi proche que possible des valeurs typiques, en restant dans les tolérances de ±150ns.

Q : Un dissipateur thermique est-il requis ?

R : Cela dépend des conditions de fonctionnement. À température ambiante et à une luminosité modérée, la puissance dissipée nominale de 99mW est probablement suffisante. Cependant, si le fonctionnement a lieu dans un boîtier à température ambiante élevée ou à luminosité maximale en continu, une analyse thermique doit être effectuée. La courbe de déclassement de la section 5.2 montre que le courant maximal doit être réduit lorsque la température augmente, ce qui est une forme indirecte de gestion thermique.

12. Exemple d'application pratique

Scénario : Conception d'un panneau matriciel 10x10 de LEDs RGB pour une installation artistique.

Étapes de conception :

1. Disposition :Disposez 100 LEDs en grille. Connectez toutes les broches VDD à un plan d'alimentation commun 5V et toutes les broches VSS à un plan de masse commun.

2. Alimentation :Calculez la puissance de crête : 100 LEDs * (0,015A * 5V) = 7,5W. Sélectionnez une alimentation 5V, 8A (40W) avec une marge d'environ 20%. Prévoyez une injection de puissance depuis plusieurs côtés du panneau pour minimiser la chute de tension.

3. Chaîne de données :Connectez la DOUT de chaque LED d'une ligne à la DIN de la LED suivante dans la même ligne. À la fin de chaque ligne, la DOUT peut être connectée à la DIN de la première LED de la ligne suivante, créant une seule longue chaîne de 100 LEDs.

4. Contrôle :Un microcontrôleur (par exemple, ESP32, Arduino) génère le flux de données. Le logiciel doit envoyer 2400 bits (100 LEDs * 24 bits) de données de couleur, suivis d'une impulsion de réinitialisation >250 µs pour que les LEDs se mettent à jour. Des bibliothèques existent pour simplifier ce protocole.

5. Thermique :Montez les LEDs sur un PCB en aluminium ou assurez-vous que le panneau a une ventilation, car 7,5W de chaleur dans un espace confiné augmentera la température ambiante, déclenchant le besoin de déclassement du courant.

13. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur un principe simple mais efficace. Le CI embarqué contient un registre à décalage et des puits de courant constant. Les données série cadencées sur la broche DIN sont décalées à travers le registre interne de 24 bits. Une fois qu'un signal de réinitialisation est reçu, le CI verrouille ces données. Chaque segment de 8 bits des données verrouillées contrôle un générateur de Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) pour un canal de couleur (Rouge, Vert, Bleu). Le signal MLI pilote ensuite un puits de courant constant connecté à la puce LED correspondante. Une valeur de 255 (8'b11111111) donne un cycle de service de 100% (entièrement allumé), tandis qu'une valeur de 127 donne un cycle de service d'environ 50%, contrôlant ainsi la luminosité. Le puits de courant constant assure que la LED reçoit un courant stable indépendamment des variations mineures de tension directe (V_f) entre les puces ou avec la température.

14. Tendances technologiques et contexte

Ce composant représente une tendance claire dans la technologie LED :une intégration et une intelligence accrues au niveau du boîtier.Le déplacement des fonctionnalités du pilote sur le même substrat que l'émetteur (un concept souvent appelé "LEDs avec circuits intégrés" ou "LEDs intelligentes") répond à plusieurs défis de l'industrie. Il réduit le coût et la complexité du système pour les utilisateurs finaux, améliore la cohérence des performances et permet de nouvelles applications comme des affichages adressables facilement évolutifs et à haute résolution. Cette tendance évolue vers des LEDs avec des circuits intégrés plus avancés capables de débits de données plus élevés (par exemple, pour la vidéo), de la mémoire intégrée pour des motifs, et même des capteurs pour la rétroaction de lumière ambiante ou de température, ouvrant la voie à des systèmes d'éclairage plus autonomes et adaptatifs.