Scheda Tecnica LED ad Alta Potenza Serie HPL3535CZ12 - Package Ceramico 3.5x3.5mm - Tensione Diretta 2.5-3.3V - Corrente di Pilotaggio 350mA-1200mA - LED Bianco

1. Panoramica del Prodotto

La serie HPL3535CZ12 è un dispositivo LED ad alta potenza a montaggio superficiale progettato per applicazioni di illuminazione impegnative. Combina un'elevata emissione luminosa con un compatto package ceramico, rendendolo un componente versatile per i moderni progetti di illuminazione a stato solido. Una caratteristica chiave è il suo pad termico elettricamente isolato, che semplifica la gestione termica e il layout elettrico consentendo una maggiore flessibilità nella progettazione del PCB. Questa serie si posiziona come una soluzione robusta in grado di soddisfare i requisiti stringenti dell'illuminazione generale, commerciale e specializzata.

1.1 Vantaggi Principali e Mercato di Riferimento

I principali vantaggi di questo LED includono il suo fattore di forma SMD ceramico compatto, che migliora l'affidabilità e le prestazioni termiche, e un tipico flusso luminoso elevato di 204 lumen a 350mA. È conforme agli standard RoHS, EU REACH e senza alogeni, garantendo compatibilità ambientale e normativa. I mercati di riferimento sono diversificati, comprendendoIlluminazione Decorativa e per Intrattenimento, Illuminazione per Segnaletica e Simboli, eIlluminazione Agricola. Le sue caratteristiche prestazionali lo rendono adatto ad applicazioni che richiedono un'emissione luminosa costante, brillante ed efficiente in un package affidabile.

2. Analisi Approfondita dei Parametri Tecnici

Questa sezione fornisce un'interpretazione dettagliata e oggettiva dei principali parametri elettrici, ottici e termici specificati nella scheda tecnica.

2.1 Valori Massimi Assoluti

Il dispositivo è classificato per una massima corrente diretta continua (I_F) di 2000 mA, a condizione che il pad termico sia mantenuto a 25°C. Ciò evidenzia l'importanza cruciale di un efficace dissipatore di calore nelle applicazioni reali per prevenire il degrado delle prestazioni o il guasto. La corrente di picco in impulso è di 2400 mA con un duty cycle di 1/10 e 1 kHz. La massima temperatura di giunzione (T_J) è di 150°C, che è il limite ultimo per il die del semiconduttore. L'intervallo di temperatura operativa è specificato da -40°C a +105°C, indicando l'idoneità per ambienti ostili. Una bassa resistenza termica (R_th) di 3°C/W è specificata per il LED stesso, che è eccellente per la dissipazione di potenza, ma si noti che questa è la resistenza giunzione-pad; la resistenza termica del sistema sarà più alta. Il dispositivo può sopportare una massima temperatura di saldatura di 260°C ed è classificato per un massimo di 2 cicli di rifusione, una classificazione standard per tali componenti.

2.2 Caratteristiche Fotometriche

La scheda tecnica fornisce dati dettagliati sul flusso luminoso per diverse Temperature di Colore Correlate (CCT): 3000K, 4000K, 5000K, 5700K e 6500K, tutte con un Indice di Resa Cromatica (CRI) di 70. Il flusso tipico a 350mA e temperatura di giunzione di 25°C varia da 194 lm (3000K) a 204 lm (5000K, 5700K, 6500K). Fondamentalmente, i dati includono le prestazioni a una temperatura di giunzione elevata di 85°C e a correnti di pilotaggio più alte (700mA, 1000mA, 1200mA). Ad esempio, il flusso tipico della variante 5000K scende da 204 lm (350mA, 25°C) a 184 lm (350mA, 85°C), dimostrando l'impatto negativo della temperatura sull'emissione luminosa. A 1200mA e 85°C, l'output tipico è di 536 lm, ma l'efficienza (lumen per watt) diminuisce rispetto alle correnti più basse. Tutte le misurazioni della potenza radiometrica hanno una tolleranza dichiarata di ±10%.

3. Spiegazione del Sistema di Binning

Il prodotto è classificato secondo molteplici parametri per garantire la coerenza nei progetti di illuminazione.

3.1 Binning del Flusso Luminoso

I LED bianchi sono raggruppati in bin di flusso luminoso con incrementi di 20 lumen. I bin disponibili sono: 170L20 (170-190 lm), 190L20 (190-210 lm), 210L20 (210-230 lm) e 230L20 (230-250 lm). Questi bin sono definiti alla condizione di test standard di 350mA.

3.2 Binning della Tensione Diretta

La tensione diretta (V_F) è classificata in passi di circa 0.2V, misurata a 350mA. I bin sono U1 (2.5-2.7V), U2 (2.7-2.9V), U3 (2.9-3.1V), U4 (3.1-3.2V) e U5 (3.2-3.3V). Un bin diV_Finferiore può portare a un consumo energetico leggermente inferiore e a una minore generazione di calore per la stessa corrente.

3.3 Struttura del Bin del Colore Bianco (CCT)

L'emissione di luce bianca è meticolosamente categorizzata in gruppi di Bianco Caldo (2580K-3710K), Bianco Neutro (3710K-4745K) e Bianco Freddo (4745K-7050K). All'interno del gruppo Bianco Freddo, sono definiti bin specifici per CCT di 5000K, 5700K e 6500K, ciascuno con quattro sub-bin (es. 50K-1, 50K-2, 50K-3, 50K-4). Ogni sub-bin è definito da un'area quadrilatera sul diagramma di cromaticità CIE 1931, specificata da quattro coppie di coordinate (x, y). Questo binning preciso consente ai progettisti di selezionare LED con una coerenza cromatica molto stretta, fondamentale per applicazioni in cui l'aspetto uniforme è essenziale. La tolleranza di misura della coordinata di cromaticità è di ±0.01.

4. Analisi delle Curve di Prestazione

Sebbene l'estratto PDF fornito non contenga curve grafiche di prestazione, i dati tabellari consentono un'analisi critica delle relazioni chiave.

4.1 Corrente vs. Flusso Luminoso (Relazione L-I)

Le tabelle di dati mostrano chiaramente una relazione non lineare tra corrente di pilotaggio e output luminoso. Aumentare la corrente da 350mA a 1200mA (un aumento di 3.43 volte) comporta un aumento del flusso da ~204 lm a ~536 lm (un aumento di ~2.63 volte) per il LED 5000K a 85°C. Questa scala sub-lineare indica una diminuzione dell'efficienza a correnti più elevate, principalmente dovuta all'aumento della temperatura di giunzione e al calo di efficienza intrinseco nei semiconduttori LED.

4.2 Temperatura vs. Flusso Luminoso (Relazione T-I)

L'impatto negativo della temperatura è evidente. Per lo stesso LED 5000K a 350mA, aumentare la temperatura di giunzione da 25°C a 85°C fa scendere il flusso luminoso tipico da 204 lm a 184 lm, una riduzione di circa il 10%. Questo derating termico deve essere considerato nella progettazione termica del prodotto finale per garantire un'emissione luminosa costante durante la vita del prodotto e nelle condizioni operative.

5. Informazioni Meccaniche e di Imballaggio

Il dispositivo utilizza un package SMD ceramico. Il nome della serie \"HPL3535CZ12\" suggerisce una dimensione del package di circa 3.5mm x 3.5mm. I package ceramici offrono una conduttività termica superiore e un'affidabilità a lungo termine rispetto ai package in plastica, specialmente in condizioni di funzionamento ad alta potenza e cicli termici. La presenza di un pad termico elettricamente isolato è una caratteristica significativa, come notato nella panoramica.

6. Linee Guida per la Saldatura e il Montaggio

Il dispositivo ha un Livello di Sensibilità all'Umidità (MSL) di 3 secondo lo standard JEDEC. Ciò significa che i LED confezionati devono essere essiccati prima della saldatura se sono stati esposti alle condizioni ambientali per più di 168 ore (7 giorni) a ≤30°C/85% UR. Il requisito di essiccazione (soak) è di 168 ore a 85°C/85% UR. Il rispetto di queste condizioni è fondamentale per prevenire il \"popcorning\" o danni interni durante il processo di saldatura a rifusione. La temperatura massima di saldatura consentita è di 260°C e il componente è classificato per un massimo di 2 cicli di rifusione, tipico per i processi di saldatura senza piombo.

7. Raccomandazioni per l'Applicazione

7.1 Scenari Applicativi Tipici

• Illuminazione Decorativa e per Intrattenimento:Ideale per l'illuminazione d'accento architettonica, l'illuminazione scenica e l'illuminazione d'atmosfera grazie alla sua elevata luminosità e alle temperature di colore disponibili.
• Illuminazione per Segnaletica e Simboli:Adatto per cartelli di uscita, segnali stradali e luci di indicazione dove l'affidabilità e il colore costante sono fondamentali.
• Illuminazione Agricola:Può essere utilizzato in sistemi di illuminazione orticola, in particolare le varianti con CCT più alta (5000K-6500K) che possono integrare lo spettro blu per la crescita vegetativa.

7.2 Considerazioni di Progettazione

• Gestione Termica:La bassa resistenza termica di 3°C/W è efficace solo se il calore viene trasferito efficientemente dal pad termico al PCB e poi all'ambiente. Si consiglia vivamente l'uso di un PCB a nucleo metallico (MCPCB) o di un dissipatore di calore dedicato, specialmente quando si opera al di sopra di 700mA.
• Pilotaggio della Corrente:Utilizzare un driver LED a corrente costante per un funzionamento stabile. Sebbene il LED possa gestire fino a 2000mA, è consigliabile operare a 1200mA o al di sotto, come per le tabelle dettagliate, per un'efficienza e una longevità ottimali.
• Progettazione Ottica:L'angolo di visione tipico è di 120°. Potrebbero essere necessarie ottiche secondarie (lenti, riflettori) per ottenere i pattern di fascio desiderati per applicazioni di illuminazione spot o direzionale.
• Selezione del Binning:Per applicazioni che richiedono coerenza cromatica (es. illuminazione di pannelli), specificare bin di CCT e flusso stretti. Per applicazioni in cui il costo è una priorità più alta, bin più ampi possono essere accettabili.

8. Confronto Tecnico e Differenziazione

Rispetto ai LED standard di media potenza, la serie HPL3535CZ12 offre un flusso luminoso per package significativamente più alto, riducendo il numero di componenti necessari per una data emissione luminosa. La costruzione ceramica fornisce una differenziazione chiave rispetto ai LED ad alta potenza in package plastico, offrendo una migliore resistenza allo stress termico e una potenziale durata più lunga ad alte temperature operative. Il pad termico elettricamente isolato è un altro vantaggio competitivo, semplificando la progettazione del PCB eliminando la necessità di isolare elettricamente il dissipatore di calore, spesso richiesto per i package non isolati.

9. Domande Frequenti (Basate sui Parametri Tecnici)

D: Qual è il consumo energetico effettivo di questo LED?
A: Potenza (W) = Corrente Diretta (A) x Tensione Diretta (V). Ad esempio, a 1000mA (1A) e una tipicaV_Fdi 3.0V (dal bin U3), la potenza è di circa 3.0W.

D: Perché il flusso luminoso diminuisce quando aumenta la temperatura di giunzione?
A: Questa è una caratteristica fondamentale dei semiconduttori LED. Temperature più alte aumentano i tassi di ricombinazione non radiativa all'interno del chip, riducendo l'efficienza quantistica interna e quindi l'emissione luminosa per una data corrente.

D: Quanti di questi LED mi servono per una sorgente luminosa da 1000 lumen?
A: A 350mA e 85°C, un LED 5000K produce ~184 lm. Pertanto, avresti bisogno di circa 6 LED (1000/184 ≈ 5.43) per raggiungere 1000 lm, senza considerare le perdite ottiche. Pilotare a una corrente più alta (es. 700mA) richiederebbe meno LED ma con una gestione termica più stringente.

D: Cosa significa \"Livello di Sensibilità all'Umidità 3\" per il mio processo produttivo?
A: Significa che i componenti sono sensibili all'assorbimento di umidità. Se la busta di fabbrica sigillata viene aperta, hai 168 ore (7 giorni) per completare la saldatura se conservati a ≤ 30°C/85% UR. Se questo tempo viene superato, i componenti devono essere essiccati a 85°C/85% UR per 168 ore per rimuovere l'umidità prima di poter essere saldati a rifusione in sicurezza.

10. Caso Pratico di Progettazione e Utilizzo

Caso: Progettazione di un Apparecchio di Illuminazione Industriale High-Bay
Un progettista deve creare una luce high-bay da 10.000 lumen per un magazzino. Puntando a un'efficienza di sistema di 150 lm/W, hanno bisogno di circa 67 watt di potenza LED. Scegliendo la variante 5000K pilotata a 700mA e 85°C (flusso tipico 341 lm), richiederebbero circa 30 LED (10000/341). La tensione diretta totale dei LED sarebbe di circa 90V (30 LED * ~3V ciascuno), suggerendo una topologia di driver a corrente costante in serie-parallelo o ad alta tensione. Il compito critico è la gestione termica: con 30 LED che dissipano ~90W (assumendo 3W per LED), un grande dissipatore di calore in alluminio alettato e un PCB a nucleo metallico sono essenziali per mantenere la temperatura di giunzione il più vicino possibile a 85°C per ottenere l'emissione luminosa attesa e garantire l'affidabilità a lungo termine.

11. 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 vengono iniettati nella regione attiva dove si ricombinano. In un semiconduttore a bandgap diretto come quelli utilizzati nei LED bianchi (tipicamente basati su Nitruro di Gallio e Indio, InGaN), una parte di questa energia di ricombinazione viene rilasciata come fotoni (luce). La luce bianca è comunemente generata utilizzando un chip LED che emette blu ricoperto da uno strato di fosforo. Il fosforo assorbe una frazione della luce blu e la riemette come uno spettro più ampio di luce gialla. La combinazione della luce blu residua e della luce gialla convertita dal fosforo appare bianca all'occhio umano. La Temperatura di Colore Correlata (CCT) viene regolata modificando la composizione del fosforo.

12. Tendenze Tecnologiche

L'industria dell'illuminazione a stato solido continua a evolversi verso una maggiore efficienza (lumen per watt), una migliore qualità del colore (CRI più alto e migliori valori R9 per la resa del rosso) e una maggiore affidabilità. C'è una tendenza nei LED ad alta potenza verso package a scala di chip (CSP) e design flip-chip che riducono ulteriormente la resistenza termica e le dimensioni del package. Per i LED in package ceramico come l'HPL3535CZ12, gli sviluppi in corso si concentrano sull'ottimizzazione del fosforo per una maggiore efficienza e una migliore coerenza cromatica sull'angolo del fascio, nonché sul miglioramento dell'efficienza di estrazione della luce dal chip e dal package. Inoltre, c'è una crescente integrazione dell'elettronica di pilotaggio e delle ottiche a livello di modulo per semplificare la progettazione del prodotto finale.