C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H 스마트 픽셀 LED 데이터시트 - P-LCC-6 패키지 - 5V - 120° 시야각 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H는 통합형 스마트 픽셀 LED 부품입니다. 단일 P-LCC-6 표면 실장 장치(SMD) 패키지 내에 적색, 녹색, 청색 LED 칩과 전용 3채널 구동 집적 회로(IC)를 결합합니다. 이 통합은 각 색상 채널마다 외부 구동 부품이 필요 없어 설계를 간소화합니다.

통합 구동 IC(본 문서에서는 4516-IC로 지칭)의 핵심 기능은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) LED 각각에 대해 개별적인 8비트 펄스 폭 변조(PWM) 선형 제어를 제공하는 것입니다. 이를 통해 정밀한 강도 혼합으로 1,670만 색상(2^24)을 생성할 수 있습니다. 제어는 간단한 단일 와이어 직렬 통신 프로토콜을 통해 이루어지며, 이는 다양한 조명 설계에서 매우 비용 효율적이고 구현이 쉽습니다.

이 패키지는 내부 반사판을 갖추고 있으며 무색 투명 수지로 성형되어 넓은 120도 시야각에 기여합니다. 삼원색 LED에서 나오는 빛의 혼합은 백색 발광을 만들어내며, 이 부품은 균일하고 넓은 각도의 조명이 필요한 백라이트 및 라이트 파이프 응용 분야에 특히 적합합니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 범위를 벗어난 동작은 보장되지 않습니다.

• 전원 공급 전압 (VDD):최대 6.5V. 일반적인 동작 전압은 5V로 안전 마진을 제공합니다.
• 전력 소산 (PD):400 mW 미만. 이는 IC와 LED가 합쳐서 발생하는 총 열을 제한합니다.
• LED 출력 전류 (Iout):채널당 최대 25 mA. 전기적 특성에서 일반 출력 전류는 20 mA로 명시되어 있습니다.
• 동작 온도 (Topr):-25°C ~ +85°C. 이는 안정적인 동작을 위한 주변 온도 범위를 정의합니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +90°C.
• 정전기 방전 (ESD):2000V를 견딥니다. 이는 기본적인 취급 보호 수준을 나타냅니다.
• 솔더링 온도:무연(Pb-free) 공정과 호환됩니다: 최대 10초 동안 260°C에서 IR 리플로우 솔더링, 또는 최대 3초 동안 350°C에서 핸드 솔더링.

2.2 전기-광학 특성

Ta=25°C 및 VDD=5V에서 측정된 이 파라미터들은 광 출력 성능을 정의합니다.

• 광도 (Iv):
  • 적색 (R): 450 mcd (최소) ~ 1120 mcd (최대). 일반값은 이 범위 내에 있습니다.
  • 녹색 (G): 1120 mcd (최소) ~ 2800 mcd (최대). 녹색은 일반적으로 가장 밝은 채널입니다.
  • 청색 (B): 280 mcd (최소) ~ 710 mcd (최대).
  • 허용 오차:광도 ±11%.
• 시야각 (2θ1/2):100° (최소), 120° (일반), 140° (최대). 넓은 120° 일반 각도는 핵심 특징입니다.
• 주 파장 (λd):
  • 적색: 618 nm ~ 630 nm.
  • 녹색: 520 nm ~ 535 nm.
  • 청색: 463 nm ~ 475 nm.
  • 허용 오차:±1 nm.
• 칩 재료:적색은 AlGaInP를 사용하고, 녹색과 청색은 InGaN을 사용하며, 이는 고효율 LED의 표준입니다.

2.3 전기적 특성

통합 구동 IC의 파라미터로, Ta=-20 ~ +70°C 및 Vdd=4.5 ~ 5.5V 범위에서 명시됩니다.

• 출력 전류 (IOL):19 mA (최소), 20 mA (일반), 21 mA (최대). 이는 각 LED에 공급되는 정전류입니다.
• 입력 논리 레벨 (DIN, SET 핀용):
  • VIH (고레벨 입력 전압): 최소 2.7V.
  • VIL (저레벨 입력 전압): 최대 0.3 * Vdd (예: Vdd=5V에서 최대 1.5V).
• 히스테리시스 전압 (VH):일반 0.35V. 이는 입력 핀에 대한 노이즈 내성을 제공합니다.
• 동작 전류 소모 (IDD_dyn):일반 2 mA. 이는 구동 IC 자체의 동작 전류입니다.

3. 통신 프로토콜 및 타이밍

이 장치는 단일 와이어, 논리 귀환 제로(NRZ) 통신 방식을 사용하여 24비트 데이터(R, G, B 채널 각각 8비트)를 수신합니다.

3.1 데이터 전송 타이밍

논리 레벨은 1.2 µs의 고정 주기 시간 내에서 고전압 펄스의 지속 시간으로 정의됩니다.

• 논리 '0':고전압 시간 (T0H) = 0.30 µs (±0.15µs), 저전압 시간 (T0L) = 0.90 µs.
• 논리 '1':고전압 시간 (T1H) = 0.90 µs (±0.15µs), 저전압 시간 (T1L) = 0.30 µs.
• 리셋/래치 신호:DIN 핀에서 50 µs 이상(구체적으로 250 µs 이상으로 표시됨)의 저레벨 신호는 수신된 24비트 데이터를 출력 레지스터에 래치하여 LED 밝기를 업데이트합니다.

데이터는 각 색상에 대해 최상위 비트(MSB)부터 먼저 전송됩니다. 단일 픽셀에 대한 순서는 다음과 같습니다: R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. DOUT 핀은 신호를 재전송하여 단일 컨트롤러 데이터 라인에서 여러 장치를 데이지 체인으로 연결할 수 있게 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수 및 핀아웃

이 장치는 P-LCC-6(Plastic Leaded Chip Carrier) 패키지에 실장되어 있습니다. 제공된 치수 도면은 일반적인 SMD 풋프린트를 보여줍니다. 핀 구성은 다음과 같습니다:

1. DI (데이터 입력):제어 데이터 신호 입력.
2. VDD:제어 회로 / IC용 전원 공급 (일반적으로 5V).
3. 애노드 (핀 3 & 4):이 핀들은 내부적으로 연결되어 있습니다. R, G, B LED 칩용 전원 공급 입력입니다. 적절한 전류 제한 저항을 통해 전압원에 연결해야 합니다.
4. GND (접지):IC와 LED의 공통 접지.
5. DOUT (데이터 출력):다음 장치의 DI 핀으로 데이지 체인을 위한 제어 데이터 신호 출력.

핵심 설계 참고사항:데이터시트는 외부 전류 제한 저항이반드시애노드 핀과 직렬로 연결되어야 한다고 명시적으로 경고합니다. 저항이 없으면 애노드 공급 전압의 약간의 증가만으로도 LED를 통한 파괴적인 큰 전류 변화를 일으킬 수 있습니다.

5. 솔더링, 조립 및 보관 지침

5.1 솔더링 조건

이 부품은 무연(Pb-free)이며 IR 리플로우 솔더링과 호환됩니다. 권장 무연 온도 프로파일이 제공됩니다:

• 예열:60~120초 동안 150–200°C (최대 상승률 3°C/초).
• 리플로우:60~150초 동안 217°C 이상, 피크 온도는 최대 10초 동안 260°C를 초과하지 않아야 합니다.
• 냉각:최대 냉각률 6°C/초.
• 중요:리플로우 솔더링은 두 번 이상 수행해서는 안 됩니다. 가열 중 패키지에 스트레스를 가해서는 안 되며, 솔더링 후 PCB가 휘어지지 않아야 합니다.

5.2 습기 민감도 및 보관

이 장치는 건조제와 함께 습기 방지 배리어 백에 포장되어 공급됩니다.

• 개봉 전:≤30°C 및 ≤90% 상대 습도(RH)에서 보관하십시오. 사용 준비가 될 때까지 백을 열지 마십시오.
• 개봉 후 (Floor Life):부품은 습기 방지 백을 개봉한 후 24시간 이내에 솔더링해야 합니다.
• 베이킹:보관 시간을 초과하거나 건조제가 습기 침투를 나타내는 경우, 사용 전 60°C ±5°C에서 24시간 동안 베이킹 처리가 필요합니다.

6. 포장 및 주문

이 제품은 엠보싱 캐리어 테이프에 공급되며, 이는 릴에 감겨 있습니다. 표준 적재 수량은 릴당 2000개입니다. 포장 재료와 공정은 습기 방지되도록 설계되었습니다. 릴의 라벨에는 제품 번호(P/N), 수량(QTY), 로트 번호(LOT No.)와 같은 표준 식별자가 포함됩니다. 데이터시트는 또한 광도 등급(CAT), 주 파장 등급(HUE), 순방향 전압 등급(REF)에 대한 빈을 참조하며, 이 제품이 사전 분류된 성능 등급으로 제공될 수 있음을 나타냅니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 분야

• 실내/외 LED 비디오 디스플레이:통합 제어 및 데이지 체인 기능으로 인해 저~중 해상도 풀컬러 디스플레이, 사이니지, 메시지 보드에 이상적입니다.
• 풀컬러 LED 라이트 스트립:장식용, 건축용, 엔터테인먼트 조명을 위한 어드레서블 RGB LED 스트립을 가능하게 합니다.
• LED 장식 조명:색상 변화 조명 기구, 액센트 조명, 인터랙티브 설치물에 적합합니다.
• 게이밍 외부 조명:PC 케이스 조명, 키보드 백라이트 또는 기타 게이밍 주변기기에 사용할 수 있습니다.
• 라이트 파이프/백라이트:넓은 시야각과 백색 발광 혼합은 엣지 라이트 또는 다이렉트 라이트 가이드 응용 분야에 적합한 후보가 됩니다.

7.2 핵심 설계 고려사항

1. 전류 제한 저항:이것은 가장 중요한 외부 부품입니다. 최대 전류를 설정하고 LED를 보호하기 위해 각 색상 채널(또는 모든 색상에 단일 공급 전압을 사용하는 경우 공통 저항)에 대해 애노드 공급과 직렬로 저항을 배치해야 합니다. 값은 애노드 공급 전압(V_anode), LED 순방향 전압(Vf, 일반 곡선에서 추정), 원하는 전류(I, 일반적으로 20mA)를 기반으로 계산해야 합니다. R = (V_anode - Vf) / I.
2. 전원 공급 디커플링:바이패스 커패시터(예: 0.1µF)는 IC의 전원 공급을 안정화하고 노이즈를 필터링하기 위해 VDD 핀 가까이에 배치해야 합니다.
3. 데이터 라인 무결성:긴 데이지 체인이나 전기적으로 노이즈가 많은 환경에서는 컨트롤러 출력에 작은 직렬 저항(예: 100Ω)을 추가하거나 데이터 라인에 풀업 저항을 추가하여 깨끗한 신호 에지를 보장하는 것을 고려하십시오.
4. 열 관리:패키지가 저전력이지만, 높은 주변 온도나 세 LED를 모두 최대 밝기로 동시에 구동하는 경우 전력 소산 한계에 근접할 수 있습니다. 고밀도 어레이에서 사용하는 경우 적절한 PCB 구리 또는 방열판을 확보하십시오.
5. 타이밍 준수:데이터 신호를 생성하는 마이크로컨트롤러 또는 드라이버는 안정적인 통신을 보장하기 위해 T0H, T1H 및 리셋 타이밍 사양을 엄격히 준수해야 합니다.

8. 기술 비교 및 차별점

C4516SDWN3S1은 드라이버와 LED를 통합하여 이산 솔루션(별도 LED + 외부 드라이버 IC)과 차별화됩니다. 주요 장점은 다음과 같습니다:

• 설계 간소화:부품 수, PCB 풋프린트, 조립 복잡성을 줄입니다.
• 단일 와이어 제어:별도의 클록 및 데이터 라인이 필요한 솔루션(예: SPI)에 비해, 특히 다중 픽셀 어레이에서 배선을 최소화합니다.
• 통합 폼 팩터:P-LCC-6은 일반적이고 조립이 쉬운 SMD 패키지입니다.
• 넓은 시야각:120° 각도는 더 좁은 빔을 가진 많은 LED보다 우수하며, 확산 조명 응용 분야에 유리합니다.
• 잠재적 제한 사항:통합은 LED 성능(파장, 강도)이 선택된 빈에 고정됨을 의미합니다. 채널당 최대 출력 전류(25mA)는 표시기 및 장식용 목적에는 적합하지만 고출력 이산 LED보다 낮을 수 있습니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

9.1 이 LED를 몇 개까지 데이지 체인으로 연결할 수 있나요?

이론적으로는 매우 많은 수를 연결할 수 있으며, 주로 데이터 갱신 속도에 의해 제한됩니다. 각 픽셀은 24비트의 데이터가 필요합니다. 데이터 속도는 비트당 1.2 µs 시간에 의해 결정됩니다. N개의 픽셀 체인을 업데이트하려면 (24 * N) 비트에 최종 리셋 펄스(>50 µs)를 더해야 합니다. 30 Hz 갱신 속도의 경우 수백 개의 픽셀을 체인으로 연결할 수 있습니다. 실제 한계는 긴 체인에서의 신호 무결성과 전력 분배에 의해 설정됩니다.

9.2 외부 저항이 반드시 필요한 이유는 무엇인가요?

통합 구동 IC는 각 LED의 캐소드 측(내부 연결)에 정전류 싱크를 제공합니다.그러나전류 값은 외부에서 공급되는 애노드 핀과 IC의 내부 기준 사이의 전압 차이에 의해 설정됩니다. 직렬 저항 없이는 애노드 전압이 직접 전류를 설정합니다. LED 순방향 전압(Vf)은 음의 온도 계수를 갖습니다(LED가 가열됨에 따라 감소). 공급 전압의 약간의 증가 또는 가열로 인한 Vf의 감소는 전류의 폭주적 증가를 일으켜 빠른 고장으로 이어질 수 있습니다. 저항은 음의 피드백을 제공하여 전류를 안정화시킵니다.

9.3 3.3V 마이크로컨트롤러로 DIN 핀을 제어할 수 있나요?

가능성은 있지만 주의가 필요합니다. VIH 최소값은 2.7V입니다. 3.3V 논리 하이(~3.3V)는 이 사양을 충족합니다. 그러나 노이즈 마진이 감소합니다. 깨끗한 신호를 보장하는 것이 중요합니다. 가능하다면 견고한 동작을 위해 5V 마이크로컨트롤러나 레벨 시프터를 사용하는 것이 권장됩니다.

9.4 전기적 특성에 언급된 SET 핀의 용도는 무엇인가요?

주요 데이터 핀은 DIN이지만, 입력 전압 사양에서 SET 핀에 대한 언급은 구성(예: 전역 밝기 또는 모드 설정)을 위한 추가 핀이 있을 수 있음을 시사합니다. 주요 핀 설명에는 DI, VDD, Anode, GND, DOUT만 나열되어 있습니다. 설계자는 SET 핀이 특정 변형에 존재하는 경우 핀 기능에 대한 명확한 설명을 위해 드라이버 IC 데이터시트의 가장 상세한 버전을 참조해야 합니다.

10. 동작 원리 소개

이 장치는 간단한 직렬 입력, 병렬 출력 시프트 레지스터 원리와 정전류 싱크를 결합하여 동작합니다. 24비트 직렬 데이터 스트림은 DI 핀의 타이밍을 통해 내부 시프트 레지스터에 클럭됩니다. 각 비트는 한 색상 채널에 대한 PWM 주기 내 특정 하위 기간 동안의 원하는 켜짐/꺼짐 상태에 해당합니다. 전체 24비트 프레임이 수신되면, 지속적인 저신호(리셋)가 이 데이터를 출력 전류 싱크를 직접 제어하는 두 번째 레지스터 세트에 래치합니다. 그런 다음 이 전류 싱크는 각 색상의 8비트 값에 비례하여 각 PWM 주기의 일부 동안 켜져 인지되는 밝기와 색상을 생성합니다. DOUT 핀은 내부 레지스터에서 시프트 아웃된 데이터를 제공하여 캐스케이드를 가능하게 합니다.

11. 발전 동향 및 배경

C4516SDWN3S1과 같은 장치는 어드레서블 LED 시장의 성숙되고 비용 최적화된 세그먼트를 대표합니다. 이 분야의 기술 동향은 다음과 같습니다:

• 더 높은 통합:더 많은 채널(예: 4채널 RGBW)을 제어하거나 감마 보정 및 오류 확산과 같은 추가 기능을 IC에 포함하는 드라이버로 이동 중입니다.
• 개선된 통신 프로토콜:단일 와이어는 간단하지만, 새로운 프로토콜은 더 높은 데이터 속도(WS2812B의 800kHz와 같은) 또는 향상된 노이즈 내성(전문 LED 패널의 차동 신호와 같은)을 제공합니다.
• 더 높은 비트 심도:8비트(256 레벨)에서 10비트, 12비트, 심지어 채널당 16비트 PWM로의 발전으로 전문 조명에서 더 부드러운 색상 그라데이션과 높은 동적 범위를 가능하게 합니다.
• 향상된 열 및 전기적 성능:더 낮은 전압 강하, 더 높은 효율, 더 나은 열 경로를 갖춘 설계로 더 높은 지속 밝기를 허용합니다.
• 표준화:대규모 설치를 위해 이러한 픽셀 드라이버와 인터페이스하는 산업 표준 디지털 프로토콜(예: DMX, Art-Net)의 성장.

이 부품은 저비용, 디지털 어드레서블 RGB LED의 주류에 확고히 자리 잡고 있으며, 광범위한 소비자 및 상업 응용 분야에 대해 성능, 단순성 및 비용을 효과적으로 균형 잡고 있습니다.