Scheda Tecnica LED Mid-Power 3020 - Dimensioni 3.0x2.0mm - Tensione 3.4V - Potenza 0.5W - Bianco Freddo/Neutro/Caldo - Documento Tecnico in Italiano

Panoramica del Prodotto

La serie 3020 rappresenta una soluzione LED mid-power ad alte prestazioni progettata per applicazioni di illuminazione generale. Utilizzando un package in composto epossidico termicamente migliorato (EMC), questo LED offre un eccellente equilibrio tra efficienza luminosa, affidabilità e rapporto costo-efficacia. Il posizionamento principale di questo prodotto è nel mercato del retrofit e dell'illuminazione generale, rivolgendosi ad applicazioni in cui sono fondamentali sia l'elevata emissione luminosa per dollaro sia la buona qualità del colore. I suoi vantaggi principali includono uno dei migliori rapporti lumen-per-watt e lumen-per-dollaro della sua categoria, un package robusto in grado di gestire fino a 0.8W e un indice di resa cromatica (CRI) elevato, pari o superiore a 80. Il mercato di riferimento comprende un'ampia gamma di soluzioni di illuminazione, dalla sostituzione diretta delle lampade tradizionali all'illuminazione architettonica e decorativa.

Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Caratteristiche Fotometriche e Ottiche

Le prestazioni elettro-ottiche sono specificate in condizioni di prova standard di 150mA di corrente diretta (IF) e una temperatura ambiente (Ta) di 25°C. La famiglia di prodotti offre Temperature di Colore Correlate (CCT) che vanno dal Bianco Caldo (2580K-3220K) al Bianco Freddo (5310K-7040K). Per una variante tipica di Bianco Neutro (ad esempio, T3450811C), il flusso luminoso può raggiungere fino a 68 lumen. Una caratteristica chiave è la garanzia di un indice di resa cromatica (CRI o Ra) minimo di 80 per tutti i bin, assicurando una buona fedeltà cromatica. La distribuzione spaziale della luce è caratterizzata da un ampio angolo di visione (2θ1/2) di 110 gradi, che fornisce un'illuminazione uniforme. È importante notare le tolleranze di misurazione specificate: ±7% per il flusso luminoso e ±2 per il CRI.

Parametri Elettrici e Termici

Le caratteristiche elettriche definiscono i limiti operativi. La tensione diretta tipica (VF) è di 3.4V a 150mA, con una tolleranza di ±0.1V. I valori massimi assoluti sono critici per un progetto affidabile: la massima corrente diretta continua (IF) è di 240mA, con una corrente impulsiva (IFP) di 300mA consentita in condizioni specifiche (larghezza dell'impulso ≤ 100µs, ciclo di lavoro ≤ 1/10). La massima dissipazione di potenza (PD) è di 816mW. La gestione termica è facilitata da una bassa resistenza termica (Rth j-sp) di 21°C/W (giunzione-punto di saldatura), essenziale per mantenere prestazioni e longevità. La massima temperatura di giunzione ammissibile (Tj) è di 115°C.

Spiegazione del Sistema di Binning

Binning della Lunghezza d'Onda / Temperatura di Colore

La coerenza cromatica del LED è controllata attraverso una struttura di binning precisa basata sul diagramma di cromaticità CIE 1931. Il sistema utilizza bin ellittici definiti da un punto centrale (coordinate x, y), semiasse maggiore (a), semiasse minore (b) e angolo di rotazione (Φ). Ad esempio, il bin 40M5 per il Bianco Neutro ha un centro in (0.3825, 0.3798). Il binning per le temperature di colore tra 2600K e 7000K segue lo standard Energy Star, garantendo una stretta coerenza cromatica per applicazioni che richiedono luce bianca uniforme. L'incertezza di misura per le coordinate di colore è di ±0.007.

Binning del Flusso Luminoso

Anche l'emissione luminosa è categorizzata in bin per garantire le prestazioni. Ogni bin di colore (ad es., 27M5, 30M5) è ulteriormente suddiviso in ranghi di flusso luminoso identificati da codici come E7, E8, F1, ecc. Ad esempio, all'interno del bin di colore 30M5, un LED con codice di flusso F1 avrà un flusso luminoso compreso tra 66 e 70 lumen a 150mA. Ciò consente ai progettisti di selezionare LED con un'emissione luminosa prevedibile per le esigenze specifiche della loro applicazione.

Binning della Tensione Diretta

Per agevolare la progettazione del circuito e l'accoppiamento di corrente, specialmente in array multi-LED, la tensione diretta è suddivisa in tre ranghi: Codice 1 (2.8V - 3.0V), Codice 2 (3.0V - 3.2V) e Codice 3 (3.2V - 3.4V). Questo aiuta a prevedere i requisiti dell'alimentatore e a gestire i carichi termici in modo più efficace.

Analisi delle Curve di Prestazione

Caratteristiche Corrente-Tensione (I-V) e Corrente-Flusso Luminoso (I-Φ)

La Figura 3 illustra la relazione tra corrente diretta e flusso luminoso relativo. L'uscita è quasi lineare fino alla corrente operativa consigliata, mostrando una buona efficienza. La Figura 4 mostra la curva tensione diretta-corrente, essenziale per la progettazione del driver. Il coefficiente di temperatura positivo della tensione è evidente, il che significa che VF diminuisce all'aumentare della temperatura, un comportamento tipico dei LED.

Dipendenza dalla Temperatura

La variazione delle prestazioni con la temperatura è un fattore di progettazione critico. La Figura 6 mostra che il flusso luminoso relativo diminuisce all'aumentare della temperatura ambiente (Ta), evidenziando l'importanza della gestione termica per mantenere l'emissione luminosa. La Figura 7 dimostra la diminuzione della tensione diretta con l'aumento della temperatura. La Figura 8 fornisce una curva di derating per la massima corrente diretta ammissibile in base alla temperatura ambiente, cruciale per garantire l'affidabilità in diverse condizioni operative.

Distribuzione Spettrale e Angolare

La Figura 1 fornisce la distribuzione spettrale di potenza relativa, che definisce la qualità del colore e la CCT. La Figura 2 raffigura la distribuzione dell'angolo di visione (pattern di radiazione spaziale), confermando l'ampio angolo del fascio di 110 gradi per un'illuminazione uniforme.

Variazione del Colore con la Temperatura

La Figura 5 traccia lo spostamento delle coordinate di cromaticità CIE x, y con l'aumento della temperatura ambiente (da 25°C a 85°C). Questa informazione è vitale per le applicazioni in cui è richiesta la stabilità del colore in funzione della temperatura.

Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il LED è compatibile con processi di saldatura a rifusione senza piombo. Il valore massimo assoluto per la temperatura di saldatura è di 230°C o 260°C per una durata massima di 10 secondi. È imperativo seguire il profilo di rifusione consigliato per prevenire danni termici al package EMC e al die interno. L'intervallo di temperatura operativa è da -40°C a +85°C, e l'intervallo di temperatura di stoccaggio è identico. Occorre prestare attenzione a non superare i valori massimi assoluti durante il funzionamento, poiché ciò può causare danni irreversibili al LED.

Raccomandazioni per l'Applicazione

Scenari Applicativi Tipici

La scheda tecnica identifica diverse applicazioni chiave: retrofit di lampade tradizionali (come incandescenti o CFL), illuminazione generale interna ed esterna, retroilluminazione per cartelli segnaletici interni/esterni e illuminazione architettonica/decorativa. La combinazione di alta efficienza, buon CRI e ampio angolo del fascio lo rende adatto a questi usi diversificati.

Considerazioni di Progettazione

I progettisti devono prestare molta attenzione alla gestione termica. Utilizzando il valore di resistenza termica fornito (21°C/W), è necessario calcolare un adeguato dissipatore di calore per mantenere la temperatura di giunzione al di sotto di 115°C nelle peggiori condizioni operative. La curva di derating per la corrente (Fig. 8) deve essere seguita per applicazioni ad alta temperatura ambiente. Per un'emissione luminosa costante, si consiglia un driver a corrente costante piuttosto che a tensione costante. Quando si progettano array multi-LED, considerare l'uso di LED dello stesso bin di tensione e flusso per garantire uniformità di luminosità e condivisione della corrente.

Confronto e Differenziazione Tecnica

Rispetto ai tradizionali LED mid-power in package plastico, il package EMC offre prestazioni termiche significativamente migliori, consentendo correnti di pilotaggio e dissipazioni di potenza più elevate (fino a 0.8W) mantenendo l'affidabilità. Ciò si traduce in un'emissione luminosa più elevata da un package di dimensioni simili. Il CRI garantito di 80+ fornisce un vantaggio competitivo nelle applicazioni in cui la qualità del colore è importante, rispetto alle offerte standard con CRI inferiore. L'ampio angolo di visione di 110 gradi è vantaggioso per le applicazioni che richiedono un'illuminazione ampia e uniforme senza ottiche secondarie.

Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

Caso d'Uso Pratico

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

Introduzione al Principio di Funzionamento

I Diodi Emettitori di Luce (LED) sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce attraverso l'elettroluminescenza. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune si ricombinano nella regione attiva, rilasciando energia sotto forma di fotoni. La lunghezza d'onda (colore) della luce emessa è determinata dall'energia del bandgap dei materiali semiconduttori utilizzati. La luce bianca in questo LED è tipicamente generata utilizzando un chip semiconduttore che emette luce blu ricoperto da uno strato di fosforo. Parte della luce blu viene convertita dal fosforo in lunghezze d'onda più lunghe (giallo, rosso), e la miscela di luce blu e luce convertita dal fosforo appare bianca all'occhio umano. Il package EMC serve a proteggere il die semiconduttore e i bonding wires, fornire una lente ottica primaria e, soprattutto, offrire un percorso per una conduzione efficiente del calore lontano dalla giunzione.

Tendenze Tecnologiche

Il segmento dei LED mid-power continua ad evolversi verso una maggiore efficienza (lumen per watt) e una maggiore affidabilità a costi inferiori. Le tendenze chiave includono l'adozione di materiali per il package più robusti come EMC e ceramica per consentire temperature e correnti operative più elevate, portando a una maggiore densità luminosa. C'è una spinta continua per il miglioramento della tecnologia dei fosfori per ottenere valori di Indice di Resa Cromatica (CRI) più elevati e una qualità del colore più consistente tra i lotti. Inoltre, l'integrazione di più die all'interno di un singolo package (COB - Chip-on-Board o mid-power multi-die) è una tendenza per semplificare l'assemblaggio e ridurre i costi di sistema per applicazioni ad alto lumen. La spinta verso l'illuminazione intelligente sta anche influenzando il design dei LED, con un focus sulla compatibilità con protocolli di dimmerazione e sistemi di bianco regolabile.