SMD RGB LED 12-23C 데이터시트 - 8mm 테이프 - 5V 전원 - 256 계조 PWM 제어 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

12-23C는 세 개의 개별 LED 칩(적색, 녹색, 청색)과 전용 3채널 정전류 드라이버 IC를 통합한 소형 표면 실장 장치(SMD)입니다. 이 통합은 단일 미니어처 패키지 내에서 정밀한 디지털 제어가 가능한 풀컬러 기능을 구현합니다. 주요 장점은 외부 드라이버 회로의 복잡성 없이 생동감 있고 동적으로 제어되는 컬러 조명이 필요한 응용 분야를 위한 고밀도 PCB 설계를 가능하게 한다는 점입니다.

핵심 기능은 직렬 디지털 데이터 신호를 수신하는 집적 회로에 의해 구동됩니다. 이 신호는 24비트 데이터(채널당 8비트)를 포함하여 색상당 256개의 별도 계조 레벨을 허용하며, 결과적으로 1,600만 개 이상의 가능한 색상 조합을 생성합니다. 장치는 8mm 테이프에 패키징되어 7인치 직경 릴에 공급되므로 고속 자동 피크 앤 플레이스 조립 장비와 완벽하게 호환됩니다.

2. 기술 사양 상세 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 동작은 항상 이 경계 내에서 유지되어야 합니다.

• 공급 전압 (VDD):+3.8V ~ +5.5V. 이는 내부 드라이버 IC의 논리 및 제어 회로를 위한 전압 범위입니다.
• 출력 전압 (VOUT):최대 17V. 이 정격은 LED 애노드에 연결된 내부 드라이버 출력 트랜지스터의 전압 내성 능력과 관련이 있습니다.
• 입력 전압 (VIN):-0.5V ~ VDD+0.5V. 디지털 입력 핀(DIN)에 적용됩니다. 이를 초과하면 입력 보호 구조가 손상될 수 있습니다.
• 정전기 방전 (ESD):2000V (인체 모델). 중간 수준의 ESD 보호를 나타냅니다. 적절한 취급 절차가 여전히 권장됩니다.
• 동작 온도 (Topr):-20°C ~ +70°C. 안정적인 동작을 위한 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (Tstg):-40°C ~ +90°C.
• 솔더링 온도:이 장치는 피크 온도 260°C에서 10초 동안 리플로우 솔더링 또는 350°C에서 3초 동안 핸드 솔더링에 적합하도록 정격되어 있습니다.

2.2 권장 동작 조건

이는 최적의 성능과 보장된 성능을 위한 조건입니다.

• 공급 전압 (VDD):5.0V (일반적). 이 장치는 5V 논리 공급을 위해 설계되었습니다.
• 입력 논리 레벨:
  • 고레벨 입력 전압 (VIH): 최소 0.7*VDD. 신호가 논리 '1'로 인식되려면 이 레벨보다 높아야 합니다.
  • 저레벨 입력 전압 (VIL): 최대 0.3*VDD. 신호가 논리 '0'으로 인식되려면 이 레벨보다 낮아야 합니다.
• 전파 지연 (TPLZ):최대 300 ns. 이는 데이터 신호가 DIN 핀에서 DOUT 핀으로 전파되는 시간 지연으로, 데이지 체인 구성에서 최대 데이터 전송 속도를 결정하는 데 중요합니다.
• 출력 하강 시간 (TTHZ):R/G/B 출력 채널에 대해 최대 20 µs. 이는 PWM 스위칭 특성에 영향을 미칩니다.
• 입력 커패시턴스 (CI):최대 15 pF. DIN 핀에 의해 나타나는 커패시티브 부하입니다.

2.3 전기-광학 특성

색상 칩당 순방향 전류(IF) 5mA, 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정되었습니다.

• 광도 (Iv):
  • 적색 (RS): 특정 빈에 따라 일반 값 범위는 22.5 mcd ~ 72.0 mcd입니다.
  • 녹색 (GH): 일반 값 범위는 45.0 mcd ~ 140.0 mcd입니다.
  • 청색 (BH): 일반 값 범위는 18.0 mcd ~ 57.0 mcd입니다.
• 시야각 (2θ1/2):130도 (일반적). 이 넓은 시야각은 백색 확산 수지 렌즈의 특징입니다.
• 피크 파장 (λp):
  • 적색: 632 nm
  • 녹색: 518 nm
  • 청색: 468 nm
• 주 파장 (λd):인지되는 색상 파장입니다.
  • 적색: 617.5 nm ~ 629.5 nm
  • 녹색: 525.0 nm ~ 540.0 nm
  • 청색: 464.5 nm ~ 476.5 nm
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):
  • 적색: 20 nm
  • 녹색: 35 nm
  • 청색: 25 nm

3. 빈닝 시스템 설명

이 장치는 생산 배치 내에서 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해 주요 광학 파라미터를 기반으로 빈으로 분류됩니다.

3.1 광도 빈닝

각 색상 칩은 별도로 빈닝됩니다. 빈 코드(예: M2, N1, P2)는 IF=5mA에서 최소 및 최대 광도 범위를 정의합니다. 예를 들어, P1 빈의 적색 칩은 45.0 ~ 57.0 mcd 사이의 강도를 가집니다. 데이터시트는 적색(RS), 녹색(GH), 청색(BH)에 대한 상세한 표를 제공합니다. 광도에는 ±11%의 허용 오차가 적용됩니다.

3.2 주 파장 빈닝

강도와 유사하게, 색점을 제어하기 위해 주 파장도 빈닝됩니다. 예를 들어, 'Y' 빈의 녹색 칩은 525.0 nm ~ 530.0 nm 사이의 주 파장을 가집니다. 데이터시트는 세 가지 색상 모두에 대한 표를 제공합니다. 주 파장에는 ±1nm의 허용 오차가 지정되어 있습니다.

4. 성능 및 타이밍 분석

4.1 타이밍 파형 및 통신 프로토콜

이 장치는 단일 와이어 직렬 통신 프로토콜을 사용합니다. 데이터는 신호의 상승 에지에서 클럭됩니다. 프로토콜은 두 가지 논리 레벨('0' 코드 및 '1' 코드)을 정의하며, 각각 특정 고시간(T1H, T0H) 및 저시간(T1L, T0L) 요구 사항을 가집니다.

• T0H:300 ns ±80 ns (0 코드, 고레벨 시간).
• T0L:900 ns ±80 ns (0 코드, 저레벨 시간).
• T1H:900 ns ±80 ns (1 코드, 고레벨 시간).
• T1L:300 ns ±80 ns (1 코드, 저레벨 시간).
• RES (리셋 시간):>50 µs. DIN의 낮은 신호가 이보다 오래 지속되면 내부 시프트 레지스터가 리셋되고 데이터가 출력으로 래치됩니다.

24비트 데이터가 순차적으로 전송됩니다: 일반적으로 녹색 8비트, 적색 8비트, 청색 8비트(GRB 순서). 여러 장치에 대한 데이터는 한 장치의 DOUT에서 다음 장치의 DIN으로 데이지 체인될 수 있습니다.

4.2 응용 회로

5V 시스템의 경우, 데이터시트는 AVDD(전원)와 GND 핀 사이에 0.1 µF 디커플링 커패시터를 장치에 최대한 가깝게 배치하여 노이즈를 최소화하고 안정적인 동작을 보장할 것을 권장합니다. 내부 드라이버는 정전류 유형입니다. 그러나 절대 최대 정격은 과전류 상태를 방지하기 위해 적용된 드레인 전압(LED 애노드의 전압, VDD보다 높음)에 따라 외부 전류 제한 저항이 필요할 수 있음을 나타냅니다. 특정 저항 값은 목표 LED 전류와 해당 전류에서 LED 칩의 순방향 전압에 의해 결정됩니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

이 장치는 컴팩트한 SMD 풋프린트를 가집니다. 치수 도면은 본체 크기와 리드 구성을 보여줍니다. 지정되지 않은 모든 허용 오차는 ±0.1mm입니다. 핀아웃은 다음과 같습니다:

1. DIN:직렬 제어 신호를 위한 데이터 입력.
2. GND:데이터 및 전원을 위한 공통 접지.
3. DOUT:다음 장치로 데이지 체인하기 위한 데이터 출력.
4. AVDD:전원 공급 입력, +5V에 연결.

5.2 포장 사양

이 장치는 방습 포장으로 공급됩니다.

• 캐리어 테이프:7인치 직경 릴에 감긴 8mm 폭 테이프. 각 릴에는 2000개가 포함되어 있습니다.
• 습도 민감도:부품은 습도에 민감합니다(아마도 MSL 3 또는 유사). 주의사항은 다음과 같습니다:
  • 백 개봉 전 보관: ≤30°C / ≤90% RH.
  • 백 개봉 후 작업 시간: ≤30°C / ≤60% RH에서 24시간.
  • 작업 시간을 초과하는 미사용 부품은 건조제와 함께 재포장해야 합니다.
  • 건조제 지시약이 포화 상태를 나타내거나 보관 시간을 초과한 경우 베이킹이 필요합니다.
• 릴 및 테이프 치수:릴, 캐리어 테이프 포켓 및 커버 테이프에 대한 상세 도면이 제공됩니다.
• 라벨 정보:릴 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 제품 번호(P/N), 수량(QTY) 및 광도(CAT), 파장(HUE), 순방향 전압(REF)에 대한 특정 빈닝 코드 필드가 포함됩니다.

6. 솔더링, 조립 및 사용 지침

6.1 솔더링 공정 호환성

12-23C는 적외선 및 증기상 리플로우 솔더링 공정 모두와 호환되며, 피크 온도 260°C에서 최대 10초 동안 프로파일을 준수합니다. 또한 350°C에서 3초 동안 핸드 솔더링에도 적합하도록 정격되어 있습니다. 이 제품은 무연이며 RoHS, EU REACH 및 무할로겐 표준(Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)을 준수합니다.

6.2 주요 사용 주의사항

• 과전류 보호:각 LED 색상 채널과 직렬로 외부 전류 제한 저항을 사용하는 것이 필수적입니다. LED 순방향 전압은 음의 온도 계수를 가지며, 이는 온도가 상승함에 따라 전류가 증가함을 의미합니다. 저항 없이는 공급 전압이나 접합 온도의 작은 증가만으로도 열 폭주 및 장치 고장으로 이어질 수 있습니다.
• ESD 주의사항:2000V HBM에 정격되어 있지만, 조립 및 취급 중에는 표준 ESD 취급 절차를 따라야 합니다.
• 열 관리:최대 동작 접합 온도는 드라이버 IC 및 LED 칩에 의해 제한됩니다. 특히 더 높은 전류로 LED를 구동할 때 열을 방산하기 위해 GND 패드에 충분한 PCB 구리 면적(열 릴리프)을 사용해야 합니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 시나리오

• 실내/외 LED 비디오 디스플레이:작은 크기, 통합 드라이버 및 데이지 체인 기능으로 인해 미세 피치 디스플레이에 이상적입니다.
• 풀컬러 LED 조명 스트립:주소 지정 가능하고 프로그래밍 가능한 RGB 조명 스트립을 가능하게 합니다.
• LED 장식 조명:건축 조명, 간판 및 분위기 조명.
• 백라이트:동적 색상이 필요한 계기판, 스위치, LCD 및 기호용.
• 통신 장비:상태 표시등 및 키패드 백라이트.

7.2 설계 고려사항

• 전원 공급:깨끗하고 안정화된 5V 전원을 사용하십시오. 0.1µF 디커플링 커패시터는 노이즈 내성에 매우 중요합니다.
• 데이터 라인 무결성:긴 데이지 체인이나 고속 데이터의 경우, 트레이스 임피던스와 링잉을 줄이기 위해 드라이버 출력 근처에 직렬 저항이 필요할 수 있음을 고려하십시오.
• 전류 설정:공식 Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target을 사용하여 외부 저항 값(Rext)을 계산하십시오. 여기서 Vdrain은 애노드 공급 전압(<17V), Vf_led는 목표 전류에서의 LED 순방향 전압, Vds_sat는 드라이버 출력 트랜지스터 포화 전압(드라이버 IC 데이터시트에서 사용 가능한 경우), Iled_target은 원하는 LED 전류(예: 사양 측정을 위한 5mA)입니다.
• 색상 일관성:균일한 색상이 필요한 응용 분야의 경우, 공급업체로부터 엄격한 빈닝 코드(CAT 및 HUE)를 지정하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

12-23C의 주요 차별화 요소는 LED 칩과 드라이버 IC의 통합입니다. 별도의 드라이버 IC와 개별 LED를 사용하는 것과 비교하여 이 솔루션은 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 부품 수 감소:배치 및 솔더링할 부품이 적습니다.
• 더 작은 풋프린트:더 높은 밀도 설계를 가능하게 합니다.
• 단순화된 PCB 레이아웃:중앙 IC에서 먼 LED까지 고전류 드라이버 트레이스를 라우팅할 필요가 없습니다.
• 디지털 제어 단순성:단일 데이터 라인이 색상과 밝기를 제어하여 별도 채널의 아날로그 PWM 제어와 비교하여 마이크로컨트롤러 핀 수와 소프트웨어 복잡성을 줄입니다.
• 데이지 체인:조명 스트립과 같은 선형 배열의 배선을 단순화합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 사용할 수 있는 최대 데이터 속도는 얼마입니까?

A: 제한 요소는 전파 지연(최대 300ns)과 T0H/T1H에 대한 타이밍 요구 사항입니다. 데이터 주기에 대한 보수적인 추정치는 약 1.2µs('0'에 대한 T0H+T0L)이며, 이는 약 833 kHz의 데이터 속도로 변환됩니다. 그러나 프레임 사이의 리셋 시간(50µs)은 유효한 새로 고침 속도를 감소시킵니다.

Q: LED를 5mA 이상으로 구동할 수 있습니까?

A: 데이터시트는 5mA에서의 특성만 지정합니다. 더 높은 전류로 구동하면 광 출력이 증가하지만 전력 소산, 접합 온도도 증가하며 수명이 단축될 수 있습니다. 최대 전류는 드라이버 IC의 능력과 LED 자체의 정격에 의해 제한되며, 여기서는 완전히 상세히 설명되지 않았습니다. 디레이팅 및 열 분석이 필수적입니다.

Q: 외부 저항 값을 어떻게 계산합니까?

A: 섹션 7.2에 설명된 대로입니다. LED Vf 곡선(종종 데이터시트의 일반 값에서 추정)과 애노드 공급 전압(Vdrain)이 필요합니다. 일반적인 Vdrain은 12V입니다. 5mA에서 적색 LED의 예: Vf_red ≈ 2.0V이고 Vds_sat ≈ 0.6V인 경우, R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω입니다. 가장 가까운 표준 값을 사용하십시오.

Q: 피크 파장과 주 파장의 차이점은 무엇입니까?

A: 피크 파장(λp)은 LED의 스펙트럼 전력 분포 곡선에서 가장 높은 지점의 파장입니다. 주 파장(λd)은 LED의 인지된 색상과 일치하는 순수 단색광의 파장입니다. λd는 색상 혼합 및 디스플레이 응용 분야와 더 관련이 있습니다.

10. 동작 원리

이 장치는 간단한 원리로 동작합니다. 내부 시프트 레지스터는 DIN 핀에서 직렬 데이터를 수신합니다. 이 데이터는 입력 신호의 타이밍에 따라 비트 단위로 클럭됩니다. 24비트가 수신된 후, RES 시간(50µs)보다 오래 지속되는 DIN의 낮은 신호가 이 데이터를 홀딩 레지스터에 래치합니다. 홀딩 레지스터의 값은 세 개의 별도 펄스 폭 변조(PWM) 생성기를 제어하며, 각 색상 채널(적색, 녹색, 청색)에 대해 하나씩입니다. 각 8비트 값(0-255)은 해당 PWM 생성기의 듀티 사이클을 설정하여 시간에 따른 각 LED 칩의 평균 전류와 밝기를 제어합니다. 인간의 눈은 이 빠른 깜빡임을 통합하여 조절 가능한 강도의 안정적인 색상으로 인지합니다. DOUT 핀은 입력 데이터 스트림의 버퍼링된 복사본을 제공하여 무제한의 후속 장치로 원활한 데이지 체인을 허용합니다.