LED RGB CMS avec Circuit Intégré - Contrôle à Courant Constant - 5V - 65mA - Lentille Diffusante Blanche - Fiche Technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant LED RGB monté en surface qui intègre un circuit de commande et les puces RGB dans un seul boîtier. Cette conception intégrée forme un point pixel complet et adressable individuellement, éliminant le besoin d'un circuit pilote externe pour un fonctionnement à courant constant. Le dispositif est conçu pour l'assemblage automatisé sur CI et convient aux applications à espace restreint dans un large éventail d'équipements électroniques.

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'avantage principal de ce composant réside dans sa conception tout-en-un. En intégrant un circuit intégré pilote 8 bits, il fournit un contrôle PWM à courant constant pour chacune des puces rouge, verte et bleue. Cela permet à chaque couleur primaire d'atteindre 256 niveaux de luminosité, permettant la création de plus de 16,7 millions de couleurs distinctes. La transmission du signal entre plusieurs unités est simplifiée via un port en cascade à un seul fil. Les caractéristiques clés incluent la conformité RoHS, un conditionnement compatible avec les équipements de placement automatique et l'aptitude aux procédés de soudage par refusion infrarouge. Ses applications cibles couvrent les télécommunications, l'automatisation de bureau, les appareils ménagers, les équipements industriels, les indicateurs d'état, le rétroéclairage des panneaux avant, les modules pleine couleur, l'éclairage décoratif et les affichages vidéo intérieurs.

2. Paramètres techniques : Interprétation objective approfondie

2.1 Caractéristiques absolues maximales

Faire fonctionner le dispositif au-delà de ces limites peut causer des dommages permanents. Les caractéristiques absolues maximales sont spécifiées à une température ambiante (Ta) de 25°C.

• Dissipation de puissance (P) :358 mW. C'est la puissance totale maximale que le boîtier peut dissiper.
• Plage de tension d'alimentation (VDD) :+4,2V à +5,5V. Le circuit intégré embarqué nécessite cette plage de tension régulée pour un fonctionnement correct.
• Courant direct continu total (IF) :65 mA. C'est le courant total maximal qui peut être fourni aux puces RGB combinées.
• Plage de température de fonctionnement :-40°C à +85°C.
• Plage de température de stockage :-40°C à +100°C.

2.2 Caractéristiques optiques

Les performances optiques sont mesurées à Ta=25°C, VDD=5V, et avec tous les canaux de couleur réglés sur la luminosité maximale (8'b11111111).

• Intensité lumineuse (Iv) :
  • Rouge (AlInGaP) : 340 mcd (Min), 800 mcd (Max)
  • Vert (InGaN) : 600 mcd (Min), 1500 mcd (Max)
  • Bleu (InGaN) : 150 mcd (Min), 360 mcd (Max)
• Angle de vision (2θ1/2) :120 degrés (Typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité lumineuse est la moitié de l'intensité sur l'axe.
• Longueur d'onde dominante (λd) :
  • Rouge : 615 nm à 630 nm
  • Vert : 520 nm à 535 nm
  • Bleu : 460 nm à 475 nm

2.3 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques sont spécifiés sur une plage de température ambiante de -20°C à +70°C et une plage de tension d'alimentation (VDD) de 4,2V à 5,5V.

• Courant de sortie du CI (IF) :20 mA (Typique) par canal de couleur (Rouge, Vert, Bleu séparément). C'est le courant constant défini par le pilote intégré.
• Niveaux de tension d'entrée :
  • Tension d'entrée niveau haut (VIH) : 2,7V min à VDD max pour DIN et autres broches de commande.
  • Tension d'entrée niveau bas (VIL) : 0V min à 1,0V max.
• Courant de fonctionnement du CI (IDD) :1,5 mA (Typique) lorsque toutes les données LED sont réglées sur '0' (état éteint).

2.4 Chronométrage du transfert de données

Le circuit intégré embarqué utilise un protocole de communication série spécifique. La période totale pour un bit (TH + TL) est de 1,2μs ±300ns.

• T0H (temps haut pour le code 0) :300 ns ±150ns
• T0L (temps bas pour le code 0) :900 ns ±150ns
• T1H (temps haut pour le code 1) :900 ns ±150ns
• T1L (temps bas pour le code 1) :300 ns ±150ns
• RES (Temps de réinitialisation) :>250 μs. Un signal bas sur DIN durant plus longtemps que cela réinitialise le CI.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le produit utilise un système de classement basé sur les coordonnées chromatiques CIE pour garantir la cohérence des couleurs. Les classes sont définies par des quadrilatères sur le diagramme chromatique CIE 1931 (x, y). Le tableau fourni liste les codes de classe (A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3) avec les coordonnées (x, y) de leurs quatre points d'angle (Point1 à Point4). La tolérance pour chaque coordonnée CIE (x, y) dans une classe est de +/- 0,01. Ce système permet aux concepteurs de sélectionner des LED du même code de classe pour obtenir un aspect de couleur uniforme dans un réseau ou un affichage.

4. Analyse des courbes de performance

4.1 Intensité relative en fonction de la longueur d'onde

Le graphique de distribution spectrale montre les pics d'émission pour les trois couleurs. La LED rouge (utilisant la technologie AlInGaP) a une longueur d'onde dominante dans la plage 615-630nm. Les LED verte et bleue (utilisant la technologie InGaN) ont des pics dans les plages 520-535nm et 460-475nm, respectivement. Les courbes aident à comprendre la pureté de la couleur et le chevauchement potentiel entre les canaux.

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

Ce graphique illustre le courant direct maximal autorisé pour la LED en fonction de la température ambiante. Lorsque la température augmente, le courant maximal admissible diminue linéairement pour éviter la surchauffe et garantir la fiabilité. C'est un graphique crucial pour la conception de la gestion thermique.

4.3 Distribution spatiale (Intensité lumineuse en fonction de l'angle)

Le diagramme polaire représente l'intensité lumineuse relative en fonction de l'angle de vision. Le faisceau large et symétrique avec un angle de vision de 120 degrés confirme la description de la lentille "blanche diffusante", fournissant un éclairage large et uniforme adapté aux applications d'indicateurs et de rétroéclairage.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier et configuration des broches

Le composant est un dispositif monté en surface. La fiche technique inclut un dessin dimensionnel détaillé. Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance standard de ±0,2 mm sauf indication contraire. La configuration des broches est la suivante :

1. VDD :Entrée d'alimentation CC (+4,2V à +5,5V).
2. DIN :Entrée du signal de données de commande.
3. VSS : Ground.
4. DOUT :Sortie du signal de données de commande (pour la mise en cascade vers le DIN de la LED suivante).

5.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure sur CI

Un motif de pastilles (empreinte) recommandé pour le CI est fourni pour assurer un soudage correct et une stabilité mécanique pendant l'assemblage. Suivre cette recommandation est essentiel pour obtenir une bonne fiabilité des soudures.

6. Directives de soudage et d'assemblage

6.1 Profil de soudage par refusion IR

Un graphique détaillé du profil de soudage par refusion est fourni, conforme à la norme J-STD-020B pour les procédés sans plomb. Il spécifie les paramètres critiques : préchauffage, maintien, température de pic de refusion et taux de refroidissement. Respecter ce profil est crucial pour éviter les dommages thermiques au boîtier de la LED et au circuit intégré interne.

6.2 Nettoyage

Si un nettoyage après soudage est nécessaire, la LED ne doit être immergée que dans de l'alcool éthylique ou de l'alcool isopropylique à température normale pendant moins d'une minute. L'utilisation de nettoyants chimiques non spécifiés est interdite car ils pourraient endommager le matériau du boîtier.

7. Conditionnement et informations de commande

Le dispositif est fourni dans un format bande et bobine compatible avec les machines de placement automatique.

• Dimensions de la bande :Largeur de bande de 12mm.
• Taille de la bobine :Diamètre de 7 pouces (178mm).
• Quantité par bobine :4000 pièces.
• Quantité d'emballage minimale :500 pièces pour les lots restants.
• Bande de couverture :Les poches de composants vides sont scellées avec une bande de couverture supérieure.
• Spécification :Le conditionnement est conforme aux normes ANSI/EIA 481.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Indicateurs d'état & Rétroéclairage :Idéal pour les voyants d'état multicolores sur les appareils électroniques grand public, les équipements réseau et les panneaux industriels.
• Éclairage décoratif & architectural :Adapté aux bandes LED à changement de couleur, à l'éclairage d'ambiance et à l'éclairage d'accentuation grâce à sa capacité pleine couleur et sa fonction de mise en cascade.
• Affichages à basse résolution :Peut être utilisé pour construire des modules pleine couleur, des lampes à lumière douce et des affichages vidéo intérieurs irréguliers (par exemple, façades médiatiques, installations artistiques).

8.2 Considérations de conception

• Alimentation électrique :Assurez une alimentation 5V stable et régulée dans la plage 4,2V-5,5V. Considérez le courant d'appel et les condensateurs de découplage près de la broche VDD.
• Intégrité du signal de données :Maintenez les exigences de chronométrage précises (T0H, T1H, etc.) pour le signal de données série. Pour les longues cascades ou les environnements bruyants, envisagez une mise en tampon du signal ou un changement de niveau.
• Gestion thermique :Respectez la courbe de déclassement du courant. Prévoyez une surface de cuivre adéquate sur le CI pour la dissipation thermique, surtout lorsque vous pilotez les trois canaux à haute luminosité pendant de longues périodes.
• Protection contre les décharges électrostatiques (ESD) :Mettez en œuvre des mesures de protection ESD standard sur les lignes de données et d'alimentation pendant la manipulation et dans l'application finale.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparé aux LED RGB discrètes traditionnelles qui nécessitent des pilotes à courant constant ou des résistances externes, cette solution intégrée offre des avantages significatifs :

• Conception simplifiée :Réduit le nombre de composants, l'empreinte sur CI et la complexité de conception.
• Cohérence des couleurs supérieure :Le circuit intégré embarqué fournit un courant constant précis et stable à chaque puce, conduisant à une sortie de couleur plus cohérente entre les unités et dans le temps par rapport aux conceptions limitées par des résistances.
• Graduation haute résolution :Le PWM 8 bits (256 pas) par couleur permet un mélange de couleurs et une gradation fluides, permettant des effets d'éclairage professionnels.
• Capacité de mise en cascade (Daisy-Chaining) :Le protocole de cascade à un seul fil simplifie le câblage pour les grands réseaux, ne nécessitant qu'une seule broche GPIO de microcontrôleur pour contrôler une longue chaîne de LED.

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

Q : Quel est le but du circuit intégré embarqué ?

R : Il fournit une commande de pilotage à courant constant et de gradation PWM pour chaque canal de couleur en interne, éliminant le besoin de composants de limitation de courant externes et simplifiant le contrôle par microcontrôleur.

Q : Combien de LED puis-je connecter en chaîne ?

R : Théoriquement, un très grand nombre, car chaque LED régénère le signal de données. La limite pratique est déterminée par le taux de rafraîchissement des données requis et la chute de tension cumulative sur la ligne d'alimentation (VDD). Pour les longues chaînes, une injection de puissance à plusieurs points est recommandée.

Q : Puis-je piloter cette LED avec un microcontrôleur 3,3V ?

R : Le niveau haut d'entrée de données (VIH) minimum est de 2,7V. Un niveau logique haut 3,3V (typiquement 3,3V) répond à cette exigence, donc il est généralement compatible. Assurez-vous que l'alimentation 5V pour la LED (VDD) est séparée de l'alimentation 3,3V du microcontrôleur.

Q : Pourquoi le courant direct est-il fixé à 20mA ?

R : Le circuit intégré embarqué est préconfiguré pour délivrer un courant constant de 20mA (typique) à chaque puce LED. Cela optimise les performances et la fiabilité. La luminosité est contrôlée uniquement via le rapport cyclique PWM, et non en faisant varier l'amplitude du courant.

11. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Conception d'un indicateur d'état compact et personnalisable en couleur pour un concentrateur domotique (smart home hub).

Le concepteur utilise cette LED car un seul composant fournit de la lumière rouge, verte et bleue. Le microcontrôleur envoie un simple flux de données série pour définir la couleur (par exemple, rouge pour hors ligne, cyan pour connecté, violet pour mise à jour). Le pilotage à courant constant garantit que la luminosité reste stable malgré les fluctuations mineures de l'alimentation. Le large angle de vision rend l'indicateur visible sous différents angles. Le boîtier monté en surface permet une conception de panneau plat et élégant. Le conditionnement en bande et bobine permet un assemblage automatisé rapide lors de la production de masse.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur un principe simple. Un microcontrôleur externe envoie un flux de données série dans la broche DIN. Ce flux contient 24 bits de données (8 bits chacun pour les niveaux de luminosité rouge, vert et bleu). Le circuit intégré embarqué à l'intérieur de la première LED lit ces premiers 24 bits, les verrouille, puis décale le flux de données restant vers l'extérieur via sa broche DOUT vers la broche DIN de la LED suivante dans la chaîne. Le CI utilise ensuite la Modulation de Largeur d'Impulsion (PWM) pour contrôler les sources de courant constant connectées à chaque puce LED. Un courant de 20mA est commuté très rapidement. Le rapport entre le temps d'allumage et le temps d'extinction (rapport cyclique) dans une période fixe détermine la luminosité perçue de chaque couleur, permettant un mélange de couleurs précis.

13. Tendances technologiques

L'intégration de l'électronique de commande directement dans les boîtiers de LED représente une tendance claire dans l'industrie, évoluant vers des LED "intelligentes". Cette tendance vise à simplifier la conception des produits finaux, à améliorer la cohérence des performances et à permettre des fonctionnalités plus avancées comme l'adressabilité individuelle dans des réseaux denses. Les développements futurs pourraient inclure une profondeur de bits plus élevée pour le contrôle des couleurs (10 bits, 12 bits), des capteurs intégrés (par exemple, pour la température ou la rétroaction lumineuse) et des protocoles de communication plus robustes ou plus rapides. L'accent reste mis sur l'augmentation de l'intégration, la réduction du coût du système et l'amélioration de la fiabilité pour les applications dans l'éclairage général, l'automobile et les affichages haute résolution.