Scheda Tecnica LED Mid-Power 3020 - 3.0x2.0mm - 19V Tip. - 0.6W - Bianco Freddo/Neutro/Caldo - Documento Tecnico in Italiano

1. Panoramica del Prodotto

La serie 3020 rappresenta una famiglia di LED mid-power che utilizza un package in composto epossidico termicamente migliorato (EMC). Questo design è concepito per offrire un equilibrio ottimale tra efficienza luminosa (lumen per watt) e convenienza (lumen per euro), rendendola una scelta convincente per un'ampia gamma di applicazioni di illuminazione generale. La serie è caratterizzata dalle dimensioni compatte di 3.0mm x 2.0mm ed è classificata per una dissipazione di potenza tipica di 0.6W, con una potenza massima consentita di 0.8W in condizioni specificate.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I benefici primari di questa serie di LED derivano dal suo package EMC e dalle ottimizzazioni di progetto. Il materiale EMC offre una resistenza termica superiore e un'affidabilità a lungo termine rispetto alle plastiche tradizionali, consentendo prestazioni stabili a temperature operative più elevate. Le caratteristiche principali includono una corrente diretta massima di 40mA, un Indice di Resa Cromatica (CRI) minimo di 80 per un'alta qualità del colore e la compatibilità con processi di saldatura a rifusione senza piombo. Questi attributi rendono la serie ideale per lampade retrofit, illuminazione generale interna ed esterna, retroilluminazione per insegne e apparecchi di illuminazione architettonica o decorativa, dove è fondamentale la combinazione di efficienza, affidabilità e qualità del colore.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri di prestazione specificati nella scheda tecnica. Comprendere questi valori è fondamentale per un corretto design del circuito e una gestione termica adeguata.

2.1 Caratteristiche Elettro-Ottiche

Le prestazioni elettro-ottiche sono misurate in condizioni di test standard di I_F= 30mA, T_a= 25°C e umidità relativa del 60%. Il flusso luminoso è fornito per due temperature critiche: la temperatura ambiente (T_a=25°C) e la temperatura del punto di saldatura (T_s=85°C). Quest'ultima è un indicatore più realistico delle prestazioni in un'applicazione reale dove il LED è montato su un circuito stampato. Ad esempio, un tipico bin bianco freddo (65R6) fornisce 72 lumen a T_a=25°C ma 62 lumen a T_s=85°C, evidenziando l'importanza del design termico. La scheda tecnica riporta una tolleranza di ±7% sulle misure del flusso luminoso e una tolleranza di ±2 sulle misure del CRI (Ra).

2.2 Parametri Elettrici e Termici

La tensione diretta (V_F) ha un valore tipico di 19V a 30mA, con una tolleranza specificata di ±0.3V. L'angolo di visione (2Θ1/2) è ampio 120 gradi, definito come l'angolo fuori asse in cui l'intensità luminosa scende alla metà del suo valore di picco. Un parametro termico critico è la resistenza termica giunzione-punto di saldatura (R_{th j-sp}), specificata con un valore tipico di 22 °C/W. Questo valore quantifica quanto efficacemente il calore fluisce dalla giunzione del semiconduttore al punto di saldatura; un valore più basso indica una migliore dissipazione del calore. Il livello di resistenza alle scariche elettrostatiche (ESD) è di 1000V (Modello del Corpo Umano), che è un livello standard per i LED mid-power.

2.3 Valori Massimi Assoluti

Questi valori definiscono i limiti di stress oltre i quali può verificarsi un danno permanente. Non devono essere superati in nessuna condizione operativa. I limiti principali includono: una corrente diretta continua (I_F) di 40mA, una corrente diretta impulsiva (I_FP) di 60mA (per impulsi ≤ 100µs, duty cycle ≤ 1/10), una dissipazione di potenza massima (P_D) di 840mW e una temperatura di giunzione massima (T_j) di 125°C. L'intervallo di temperatura di funzionamento e conservazione è -40°C a +105°C. Il profilo di temperatura di saldatura consente un picco di 230°C o 260°C per un massimo di 10 secondi.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Per garantire la coerenza di colore e luminosità nella produzione, i LED vengono suddivisi in bin. Questa serie utilizza un sistema di binning completo basato sulle linee guida Energy Star per l'intervallo da 2600K a 7000K.

3.1 Temperatura di Colore Correlata (CCT) e Binning di Cromaticità

La tabella di selezione del prodotto elenca sei gruppi CCT principali, dal Bianco Caldo (2725K, 3045K) al Bianco Freddo (6530K). Ogni gruppo CCT ha un corrispondente codice di bin colore (es. 27R5, 65R6). La Tabella 5 e la Figura 9 dettagliano la struttura del bin di cromaticità sul diagramma CIE 1931. Ogni bin è definito da un'area ellittica con una specifica coordinata centrale (x, y) sia a 25°C che a 85°C, insieme ai raggi dell'asse maggiore/minore (a, b) e a un angolo (Φ). L'incertezza di misura per le coordinate del colore è ±0.007.

3.2 Binning del Flusso Luminoso

All'interno di ogni bin di cromaticità, i LED sono ulteriormente suddivisi in base al loro flusso luminoso a 30mA. La Tabella 6 definisce i ranghi di flusso. Ad esempio, all'interno del bin colore 65R6, i LED sono disponibili con codici flusso F1 (66-70 lm min), F2 (70-74 lm min) e F3 (74-78 lm min), tutti misurati a T_a=25°C. Questo binning bidimensionale (colore + flusso) consente ai progettisti di selezionare LED che soddisfano i requisiti precisi dell'applicazione sia per il punto colore che per la luminosità.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

La scheda tecnica include diversi grafici che illustrano il comportamento del LED in condizioni variabili, essenziali per la modellazione predittiva e un design robusto.

4.1 Caratteristiche IV e Flusso Luminoso Relativo

La Figura 4 mostra la relazione tra tensione diretta (V_F) e corrente diretta (I_F). La curva è relativamente lineare nell'intervallo operativo, con V_Fche aumenta con la corrente. La Figura 3 traccia il flusso luminoso relativo rispetto a I_F. Il flusso aumenta in modo sub-lineare con la corrente; pilotare il LED al di sopra dei 30mA raccomandati produrrà rendimenti decrescenti in termini di emissione luminosa generando contemporaneamente molto più calore, riducendo potenzialmente l'efficacia e la durata.

4.2 Dipendenza dalla Temperatura

Le Figure 6 e 7 sono fondamentali per l'analisi termica. La Figura 6 mostra il flusso luminoso relativo che diminuisce linearmente all'aumentare della temperatura del punto di saldatura (T_s). A 125°C, l'output è circa il 20% del suo valore a 25°C. La Figura 7 mostra che V_Fdiminuisce anch'essa con l'aumentare della temperatura, una caratteristica tipica dei diodi a semiconduttore. La Figura 5 illustra lo spostamento delle coordinate di cromaticità (CIE x, y) con la temperatura, importante per applicazioni critiche per il colore.

3.3 Distribuzione Spettrale e Angolo di Visione

La Figura 1 fornisce una tipica curva di distribuzione della potenza spettrale, mostrando l'intensità relativa attraverso le lunghezze d'onda. La forma di questa curva determina la CCT e il CRI. La Figura 2 raffigura il modello di radiazione spaziale (distribuzione dell'angolo di visione), confermando il profilo di emissione di tipo Lambertiano con l'angolo di visione specificato di 120 gradi.

4.4 Derating per Temperatura Ambiente

La Figura 8 è una curva di derating per la corrente diretta massima consentita in base alla temperatura ambiente (T_a) e alla resistenza termica del sistema (R_j-a). Ad esempio, con una R_j-adel sistema di 45°C/W, la corrente massima deve essere ridotta da 40mA a T_a=89°C a circa 22mA a T_a=105°C per evitare che la temperatura di giunzione superi il suo limite di 125°C. Questo grafico è essenziale per determinare le correnti operative sicure in ambienti ad alta temperatura.

5. Linee Guida Applicative e Considerazioni di Progetto

5.1 Scenari Applicativi Tipici

Grazie al suo equilibrio tra efficacia, costo e affidabilità, questa serie di LED è particolarmente adatta per:
- Lampade Retrofit:Sostituzione diretta di lampadine a incandescenza, alogene o CFL in bulbi, tubi e faretti.
- Illuminazione Generale:Sorgente luminosa primaria in apparecchi per uso residenziale, commerciale e industriale.
- Retroilluminazione Insegne:Fornire un'illuminazione uniforme per insegne interne ed esterne.
- Illuminazione Architettonica:Illuminazione di facciate, illuminazione a scomparsa e altre applicazioni decorative dove la qualità del colore è importante.

5.2 Considerazioni Critiche di Progetto

Gestione Termica:Questo è il fattore più importante per prestazioni e longevità. La bassa R_{th j-sp}di 22°C/W è efficace solo se il PCB e il dissipatore forniscono un percorso termico a bassa resistenza verso l'ambiente. È fortemente raccomandato l'uso di PCB a nucleo metallico (MCPCB) o circuiti con via termiche adeguate. Fare sempre riferimento alla curva di derating (Fig. 8) per impostare la corrente di pilotaggio.
Pilotaggio a Corrente:Un driver a corrente costante è obbligatorio per un'emissione luminosa e un colore stabili. La corrente operativa raccomandata è 30mA, sebbene possa essere pilotata fino a 40mA se le condizioni termiche sono eccellenti. Superare i 40mA rischia di danneggiare immediatamente il componente.
Ottica:L'angolo di visione di 120 gradi è adatto per molte applicazioni di illuminazione generale. Per fasci più focalizzati, saranno necessarie ottiche secondarie (lenti).
Protezione ESD:Sebbene classificato per 1000V HBM, durante l'assemblaggio e la manipolazione devono essere osservate le normali precauzioni per la gestione delle ESD.

6. Analisi Comparativa e Differenziazione Tecnica

All'interno del segmento dei LED mid-power, i principali fattori di differenziazione di questa serie 3020 EMC sono:
1. Capacità ad Alta Temperatura:Il package EMC consente un funzionamento sostenuto a temperature del punto di saldatura più elevate (sono forniti dati per T_s=85°C) rispetto alle plastiche standard PPA o PCT, che possono ingiallire e degradarsi.
2. Densità di Potenza:Con una capacità fino a 0.8W in un package 3.0x2.0mm, offre una densità di potenza superiore a molti tradizionali LED mid-power 3528 o 2835, potenzialmente riducendo il numero di LED necessari per un dato output di lumen.
3. Caratteristica di Tensione:La tipica tensione diretta di 19V a 30mA è notevole. I progettisti devono assicurarsi che il driver LED sia configurato per questo intervallo di tensione più alto rispetto ai più comuni LED mid-power da 3V o 6V.
4. Binning Completo:L'aderenza al binning Energy Star e la fornitura di bin sia per il colore che per il flusso offrono prevedibilità e coerenza per prodotti di illuminazione di qualità.

7. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Perché il flusso luminoso è più basso a T_s=85°C che a T_a=25°C?
R: T_aè la temperatura dell'aria attorno al LED. T_sè la temperatura al punto di saldatura, che è molto più vicina alla temperatura di giunzione effettiva durante il funzionamento. All'aumentare della temperatura, l'efficienza del semiconduttore diminuisce, riducendo l'emissione luminosa. Il dato a T_s=85°C è una metrica di prestazione più realistica per il progetto.

D: Posso pilotare questo LED a 40mA in modo continuo?
R: Il Valore Massimo Assoluto è 40mA, ma questo è un limite di stress. La condizione operativa raccomandata è 30mA. L'operazione a 40mA è possibile solo se la gestione termica è eccezionale (R_j-adel sistema molto bassa) e la temperatura ambiente è bassa, come da curva di derating in Fig. 8. Ciò ridurrà l'efficacia e potrebbe influire sull'affidabilità a lungo termine.

D: Come interpreto il codice del bin, ad esempio '65R6'?
R: Il codice definisce il bin di cromaticità. Le prime due cifre (65) si riferiscono alla CCT (intervallo 6500K). La lettera (R) e la cifra successiva (6) definiscono l'ellisse specifica sul diagramma CIE in cui cadono le coordinate del colore del LED, garantendo una stretta coerenza cromatica.

D: Qual è il significato della resistenza termica di 22 °C/W?
R: Questo valore (R_{th j-sp}) indica che per ogni watt di potenza dissipata nella giunzione del LED, la differenza di temperatura tra la giunzione e il punto di saldatura aumenterà di 22°C. Un valore più basso è migliore. La resistenza termica totale del sistema (giunzione-ambiente, R_j-a) include questa più la resistenza del PCB, dell'interfaccia termica e del dissipatore.

8. Studio di Caso di Progetto e Utilizzo

Scenario: Progettazione di un Tubo LED da 1200 Lumen.
Obiettivo:Sostituire un tubo fluorescente T8 con un equivalente a LED.
Processo di Progetto:
1. Obiettivo Lumen:1200 lumen.
2. Selezione LED:Scegliere il bin 65R6-F2 (Tipico 72 lm a 30mA, T_a=25°C). Considerando il derating termico (si stima una perdita di ~15% a temperatura operativa), assumere 61 lm per LED.
3. Calcolo Quantità:1200 lm / 61 lm per LED ≈ 20 LED.
4. Progetto Elettrico:20 LED in serie richiederebbero una tensione di pilotaggio di 20 * 19V = 380V, che è alta. Un approccio più pratico è utilizzare due stringhe da 10 LED in serie (190V per stringa) collegate in parallelo, pilotate da un driver a corrente costante impostato su 60mA totali (30mA per stringa).
5. Progetto Termico:Potenza totale: 20 LED * 19V * 0.03A = 11.4W. Utilizzando un PCB in alluminio come dissipatore, il progettista deve calcolare se la R_j-adel sistema è sufficientemente bassa da mantenere la giunzione sotto i 125°C nell'ambiente chiuso del tubo, usando la curva di derating come guida.
Questo caso evidenzia l'interazione tra configurazione elettrica, gestione termica e obiettivi fotometrici.

9. Principi Tecnici e Tendenze

9.1 Principio di Funzionamento

Questo LED opera sul principio dell'elettroluminescenza in un semiconduttore. Quando una tensione diretta viene applicata attraverso la giunzione p-n, elettroni e lacune si ricombinano, rilasciando energia sotto forma di fotoni. I materiali specifici (fosfori) utilizzati nel package convertono una parte della luce blu primaria del chip in lunghezze d'onda più lunghe, ottenendo la luce bianca desiderata con una specifica CCT e CRI. Il package EMC serve a proteggere il chip e i bonding, fornire una lente primaria e, soprattutto, offrire un percorso termicamente conduttivo per dissipare il calore.

9.2 Tendenze del Settore

Il mercato dei LED mid-power continua a evolversi verso una maggiore efficacia (lm/W) e un'affidabilità migliorata a costi inferiori. L'uso di package EMC, come visto in questa serie, è una tendenza significativa che sostituisce le plastiche tradizionali grazie alla superiore resistenza al calore e all'umidità, consentendo durate più lunghe e correnti di pilotaggio più elevate. Inoltre, c'è una continua spinta verso binning di colore e flusso più stretti per soddisfare le esigenze di un'illuminazione di alta qualità. L'integrazione di questi componenti in moduli e motori luminosi è anche una tendenza in crescita, semplificando il progetto per i produttori di illuminazione. I dati forniti in questa scheda tecnica riflettono lo standard attuale del settore per caratterizzare e specificare le prestazioni in condizioni termiche realistiche.