SMD LED RGB dengan Pemandu Terbenam - LTSA-E27CQEGBW Spesifikasi - Dokumen Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

LTSA-E27CQEGBW ialah modul LED RGB permukaan-pasang berprestasi tinggi yang direka untuk pemasangan automatik dan aplikasi ruang terhad. Ia menggabungkan cip LED merah AlInGaP, hijau InGaN dan biru InGaN yang berasingan dalam satu pakej padat. Pembeza utama produk ini ialah kemasukan pemandu arus malar 3-saluran 8-16 bit dan IC kawalan terbenam, yang menyediakan ciri-ciri canggih seperti kawalan malap PWM, pampasan suhu dan komunikasi data bersiri. Integrasi ini memudahkan reka bentuk sistem dengan mengurangkan bilangan komponen luaran dan jejak PCB.

Modul ini dibungkus dalam pakej kanta resap, yang membantu mencampurkan cahaya dari cip warna individu untuk menghasilkan output warna yang lebih seragam dan sudut pandangan yang lebih luas. Ia dibekalkan pada pita 8mm yang dipasang pada gegelung diameter 7-inci, menjadikannya serasi sepenuhnya dengan peralatan pemasangan pick-and-place automatik berkelajuan tinggi. Peranti ini direka untuk mematuhi piawaian pematuhan RoHS dan telah dikondisikan kepada Tahap JEDEC 2 untuk kebolehpercayaan yang lebih baik.

1.1 Ciri dan Kelebihan Teras

• IC Pemandu Bersepadu:Menghapuskan keperluan untuk perintang had arus luaran dan litar pemandu untuk setiap saluran warna. IC terbenam menyediakan kawalan arus tepat sehingga 60mA setiap saluran.
• Kawalan Maju:Menyokong pelarasan arus 7-bit setiap saluran dan sehingga 16-bit PWM (Modulasi Lebar Denyut) untuk pencampuran warna dan pemalaman yang lancar dan beresolusi tinggi.
• Pampasan Suhu:Mempunyai fungsi diagnostik terbina dalam yang mengukur suhu simpang LED. Data ini digunakan oleh algoritma dalaman untuk melaraskan arus pemacu untuk cip LED merah secara automatik, mengekalkan keamatan bercahaya dan titik warna yang konsisten dalam julat suhu operasi yang luas (-40°C hingga +110°C).
• Komunikasi Teguh:Menggunakan antara muka komunikasi bersiri (Input/Keluaran Jam, Input/Keluaran Data) dengan perlindungan CRC (Semakan Lebihan Kitaran) untuk penghantaran data yang boleh dipercayai, terutamanya dalam konfigurasi lata atau persekitaran bising.
• Perlindungan Sistem:Termasuk fungsi pemasa watchdog untuk mencegah kelipan LED yang boleh disebabkan oleh peristiwa palam-panas atau ralat komunikasi.
• Mod Kuasa Rendah:Menyokong mod tidur untuk mengurangkan penggunaan kuasa siap sedia, yang kritikal untuk aplikasi berkuasa bateri atau cekap tenaga.
• Gred Automotif:Direka dengan merujuk garis panduan AEC-Q102 untuk semikonduktor optoelektronik diskret dan dikelaskan untuk keteguhan kakisan (Kelas 1B), menjadikannya sesuai untuk aplikasi aksesori automotif tertentu.

1.2 Aplikasi dan Pasaran Sasaran

LED ini direka untuk aplikasi yang memerlukan penyelesaian pencahayaan pelbagai warna yang boleh dipercayai, padat dan pintar. Pasaran sasaran utamanya termasuk:

• Elektronik Pengguna:Penunjuk status, lampu latar dan pencahayaan hiasan dalam peranti seperti telefon pintar, tablet, komputer riba, periferal permainan dan perkakas rumah.
• Peralatan Profesional dan Perindustrian:Penunjuk panel, lampu status mesin dan maklum balas antara muka manusia-mesin (HMI) dalam sistem rangkaian, panel kawalan dan peralatan ujian.
• Pencahayaan Dalaman Automotif:Aplikasi pencahayaan dalaman bukan kritikal seperti pencahayaan ambien, lampu latar papan pemuka dan penunjuk status aksesori, mendapat manfaat daripada kestabilan suhu dan komunikasi teguhnya.
• Papan Tanda dan Paparan:Aplikasi papan tanda dalaman beresolusi rendah, paparan titik jualan dan pencahayaan seni bina hiasan di mana keupayaan pertukaran warna dikehendaki.

2. Analisis Parameter Teknikal

Bahagian berikut memberikan analisis objektif terperinci tentang parameter elektrik, optik dan terma utama yang dinyatakan dalam lembaran data. Memahami parameter ini adalah penting untuk reka bentuk litar dan ramalan prestasi yang betul.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak

Penarafan ini menentukan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Operasi dalam keadaan ini tidak dijamin.

• Voltan Bekalan IC (VDD):Maksimum 5.5V. Melebihi voltan ini boleh merosakkan litar kawalan dalaman.
• Arus Keluaran LED (Iout):Maksimum 60mA setiap saluran. Ini adalah arus puncak mutlak yang boleh dikendalikan oleh pemandu keluaran; arus operasi tipikal adalah lebih rendah.
• Suhu Simpang (Tj):Maksimum 125°C. Suhu simpang semikonduktor di dalam LED atau IC tidak boleh melebihi had ini.
• Suhu Operasi/Simpanan:-40°C hingga +110°C. Peranti boleh disimpan dan dikendalikan dalam julat penuh ini.
• Pateri Alir Semula Inframerah:Menahan suhu puncak 260°C untuk maksimum 10 saat, yang merupakan piawai untuk proses pateri bebas plumbum (Pb-free).

2.2 Ciri Elektrik dan Optik

Parameter ini diukur dalam keadaan tipikal (Ta=25°C, VDD=5V, tetapan PWM 8-bit pada nilai warna maksimum) dan menentukan prestasi yang dijangkakan.

• Voltan Bekalan (VDD):Julat operasi yang disyorkan ialah 3.3V hingga 5.5V, dengan nilai tipikal 5.0V.
• Arus Kehadapan (If):Arus pemacu tipikal untuk setiap warna pada kecerahan maksimum ialah: Merah: 30mA, Hijau: 46mA, Biru: 20mA. Nilai ini ditetapkan oleh pemandu dalaman dan boleh dilaraskan melalui daftar kawalan arus 7-bit.
• Keamatan Bercahaya (Iv):Keamatan bercahaya paksi tipikal untuk setiap warna utama pada arus maksimum ialah: Merah: 950 mcd, Hijau: 2170 mcd, Biru: 380 mcd. Nilai minimum dan maksimum menunjukkan sebaran pengeluaran yang dijangkakan. Titik putih terkalibrasi (menggabungkan ketiga-tiga warna) mempunyai keamatan tipikal 3500 mcd.
• Panjang Gelombang Dominan (λd):Menentukan warna yang dilihat untuk setiap LED. Nilai tipikal ialah: Merah: 620 nm, Hijau: 525 nm, Biru: 465 nm.
• Koordinat Kromatisiti (x, y):Untuk titik putih terkalibrasi, koordinat sasaran ialah x=0.3127, y=0.3290, yang sepadan dengan titik putih piawai D65, sering digunakan sebagai rujukan untuk paparan dan pencahayaan.
• Sudut Pandangan (2θ1/2):120 darjah. Ini adalah sudut penuh di mana keamatan bercahaya turun kepada separuh daripada nilai paksinya. Kanta resap menyumbang kepada sudut pandangan yang luas ini.

2.3 Ciri Terma

Pengurusan terma adalah kritikal untuk jangka hayat dan kestabilan prestasi LED.

• Rintangan Terma, Simpang-ke-Titik Pateri (Rth JS):Dua nilai disediakan: Rth JSelec = 63 K/W dan Rth JSreal = 73 K/W. Nilai \"elec\" biasanya diperoleh daripada kaedah pengukuran elektrik, manakala nilai \"real\" mungkin mewakili anggaran laluan terma yang lebih konservatif atau praktikal. Nilai ini menunjukkan sejauh mana haba bergerak dari simpang LED ke titik pateri pada PCB. Nilai yang lebih rendah adalah lebih baik. Sebagai contoh, jika LED membebaskan 0.2W, kenaikan suhu simpang melebihi titik pateri adalah kira-kira 0.2W * 73 K/W = 14.6°C.

3. Pembin dan Konsistensi Warna

Lembaran data merujuk sistem pangkat bin berdasarkan titik putih D65 dengan toleransi 3 elips MacAdam (3-langkah). Ini adalah kaedah piawai dalam industri pencahayaan untuk menentukan konsistensi warna.

• Elips MacAdam:Elips MacAdam pada rajah kromatisiti mewakili zon di mana mata manusia tidak melihat perbezaan warna dalam keadaan pandangan piawai. Elips \"3-langkah\" bermaksud variasi warna adalah tiga kali ganda saiz perbezaan yang boleh dilihat terkecil (elips 1-langkah).
• Implikasi:Semua unit LTSA-E27CQEGBW dari kumpulan pengeluaran yang sama (atau bin yang ditentukan) akan menghasilkan cahaya putih yang koordinat warnanya berada dalam elips MacAdam 3-langkah di sekitar titik D65 (x=0.3127, y=0.3290). Ini memastikan keseragaman warna yang baik antara LED yang berbeza dalam tatasusunan atau sistem, yang penting untuk aplikasi seperti lampu latar atau papan tanda berbilang LED di mana ketidakpadanan warna akan ketara.

4. Analisis Lengkung Prestasi

Lengkung prestasi tipikal memberikan gambaran tentang bagaimana peranti berkelakuan dalam keadaan yang berbeza.

4.1 Taburan Spektrum

Graf Keamatan Relatif vs. Panjang Gelombang (Rajah.1) menunjukkan spektrum output cahaya untuk setiap cip warna (Merah, Hijau, Biru). Pemerhatian utama termasuk puncak sempit dan jelas yang menjadi ciri semikonduktor LED moden. Cip AlInGaP merah biasanya menunjukkan puncak sekitar 620nm, InGaN hijau sekitar 525nm dan InGaN biru sekitar 465nm. Lebar puncak ini (Lebar Penuh pada Separuh Maksimum, atau FWHM) mempengaruhi ketulenan warna.

3.2 Suhu vs. Prestasi

Lengkung Titik Tetapan Warna Maks. vs. Suhu (Rajah.2) mungkin menggambarkan bagaimana kitar tugas PWM atau titik tetapan arus maksimum yang boleh dicapai untuk operasi stabil mungkin berubah dengan suhu ambien. Graf ini penting untuk mereka bentuk sistem yang beroperasi dengan boleh dipercayai dalam seluruh julat suhu, memastikan IC pemandu tidak memasuki penutupan terma atau mengurangkan output sebelum waktunya.

4.3 Corak Sinaran Ruang

Plot Taburan Ruang (Rajah.3) mewakili sudut pandangan 120 darjah secara visual. Ia menunjukkan bagaimana keamatan cahaya diagihkan sebagai fungsi sudut dari paksi tengah (0 darjah). Kanta resap mencipta corak Lambertian atau hampir-Lambertian, di mana keamatan adalah tertinggi di tengah dan berkurangan dengan lancar ke arah tepi, memberikan keterlihatan luar paksi yang seragam.

5. Maklumat Mekanikal dan Pakej

5.1 Dimensi dan Toleransi Pakej

Peranti ini mematuhi jejak SMD piawai. Semua dimensi kritikal disediakan dalam milimeter. Toleransi umum untuk dimensi pakej ialah ±0.2 mm melainkan ciri tertentu mempunyai panggilan yang berbeza. Pereka bentuk mesti merujuk lukisan mekanikal terperinci dalam lembaran data untuk susun atur pad yang tepat, ketinggian komponen dan dimensi kanta untuk memastikan reka bentuk corak tanah PCB dan ruang bebas untuk komponen sekeliling yang betul.

5.2 Konfigurasi dan Fungsi Pin

Peranti 8-pin mempunyai pinout dan fungsi berikut:

1. LED VDD: Input bekalan kuasa untuk sambungan anod LED biasa. Mesti dibekalkan bersama pin 7.

2. CKO: Keluaran Isyarat Jam untuk peranti lata.

3. DAO: Keluaran Data Bersiri untuk lata.

4. VPP: Bekalan voltan tinggi (9-10V) untuk pengaturcaraan memori Boleh Diprogram Sekali (OTP). Dikekalkan pada 5V untuk baca/siap sedia.

5. CKI: Input Isyarat Jam.

6. DAI: Input Data Bersiri.

7. VDD: Voltan bekalan utama (3.3-5.5V) untuk IC dalaman.

8. GND: Rujukan bumi.

Nota Kritikal:Kedua-dua LED VDD (pin 1) dan VDD (pin 7) mesti dikuasakan serentak untuk operasi yang betul.

6. Garis Panduan Pateri dan Pemasangan

6.1 Profil Alir Semula yang Disyorkan

Lembaran data menyediakan profil pateri alir semula inframerah yang dicadangkan untuk proses bebas plumbum (Pb-free). Parameter utama biasanya termasuk:

- Pemanasan Awal:Kecerunan beransur-ansur untuk mengaktifkan fluks dan meminimumkan kejutan terma.

- Rendam (Penstabilan Terma):Dataran tinggi untuk memastikan pemanasan PCB dan komponen yang sekata.

- Alir Semula:Zon suhu puncak, di mana lembaran data menentukan maksimum 260°C sehingga 10 saat (diukur pada kaki komponen). Ini adalah profil JEDEC piawai untuk peranti sensitif lembapan.

- Penyejukan:Tempoh penyejukan terkawal untuk memejatkan sambungan pateri dengan betul.

Adalah penting untuk mengikuti profil ini untuk mencegah kerosakan pada pakej LED, kanta atau ikatan wayar dalaman daripada haba berlebihan atau tekanan terma.

6.2 Pick-and-Place dan Pengendalian

Peranti dibekalkan pada pita 8mm pada gegelung 7\", serasi dengan peralatan pemasangan SMT piawai. Profil nipis (0.65mm tipikal) memerlukan pengendalian yang berhati-hati untuk mengelakkan tekanan mekanikal. Muncung vakum dengan saiz dan tekanan yang sesuai harus digunakan semasa pick-and-place untuk mencegah kerosakan pada kanta atau badan. Alat yang disyorkan untuk proses ini ditentukan dalam nota semakan lembaran data.

7. Penerangan Fungsian dan Litar Aplikasi

7.1 Gambarajah Blok dan Prinsip Dalaman

Teras modul ialah pemandu sinki arus malar tiga-saluran. Setiap saluran mengawal selia arus yang mengalir melalui LED masing-masing (Merah, Hijau, Biru) kepada nilai yang diprogramkan, tanpa mengira variasi dalam voltan kehadapan (Vf) cip LED. Ini memastikan output warna yang konsisten merentasi unit yang berbeza dan dari masa ke masa. Tahap arus untuk setiap saluran ditetapkan melalui daftar 7-bit (membenarkan 128 tahap arus diskret). Pemalaman dan pencampuran warna dicapai melalui pengawal PWM beresolusi tinggi 16-bit untuk setiap saluran, menyediakan lebih 65,000 langkah kecerahan untuk peralihan yang sangat lancar.

7.2 Litar Aplikasi Tipikal

Litar aplikasi asas memerlukan:

1. Bekalan stabil 3.3V hingga 5.5V disambungkan kepada kedua-dua VDD (pin 7) dan LED VDD (pin 1).

2. Kapasitor pintasan 0.1µF diletakkan sedekat mungkin antara pin VDD (7) dan GND (pin 8) untuk menapis bunyi frekuensi tinggi dan memastikan operasi IC yang stabil.

3. Untuk talian komunikasi bersiri (CKI dan DAI), adalah disyorkan untuk menyediakan ruang untuk rangkaian penapis laluan rendah RC kecil (perintang dan kapasitor ke bumi) pada PCB. Penapis ini membantu membersihkan integriti isyarat dalam persekitaran elektrik bising atau dengan panjang surihan yang panjang. Nilai komponen tepat harus ditentukan berdasarkan frekuensi jam dan ciri bunyi sistem tertentu.

4. Pin VPP (4) mesti disambungkan ke sumber voltan. Untuk operasi normal (membaca OTP, siap sedia), ia boleh diikat ke 5V. Untuk memprogram memori OTP (untuk menyimpan tetapan lalai seperti penentukuran warna), voltan antara 9.0V dan 10.0V mesti dikenakan pada pin ini semasa urutan pengaturcaraan.

7.3 Komunikasi Data dan Lata

Peranti menggunakan protokol bersiri segerak. Untuk mengawalnya, mikropengawal mesti menghantar bingkai data 56-bit. Terdapat dua jenis bingkai utama, dipilih oleh medan Perintah 3-bit:

- Data PWM (CMD=001):Bingkai 56-bit ini mengandungi nilai PWM 16-bit untuk setiap tiga saluran warna (48 bit jumlah), ditambah bit perintah dan CRC. Data ini mengawal kecerahan serta-merta.

- Data Daftar Utama (CMD=010):Bingkai ini memprogram daftar konfigurasi peranti, tetapan seperti had arus global, konfigurasi PWM dan membolehkan ciri seperti pampasan suhu atau mod tidur.

Berbilang peranti boleh dirantai dengan menyambungkan DAO dan CKO peranti pertama ke DAI dan CKI peranti seterusnya. Satu aliran data dihantar ke peranti pertama, dan ia melalui rantai. Semua peranti dalam rantai mengunci data baharu mereka serentak apabila talian jam (CKI) dikekalkan tinggi selama lebih 150 mikrosaat (isyarat kunci).

8. Pertimbangan Reka Bentuk dan Nota Aplikasi

8.1 Pengurusan Terma

Walaupun pemandu bersepadu, pembebasan haba masih penting. Rintangan terma dari simpang ke titik pateri (Rth JS) disediakan. Pereka bentuk mesti mengira pembebasan kuasa yang dijangkakan (P_diss = Vf_Merah * I_Merah + Vf_Hijau * I_Hijau + Vf_Biru * I_Biru + (VDD * I_IC)) dan memastikan PCB menyediakan laluan terma yang mencukupi (menggunakan via terma, tuangan kuprum) untuk mengekalkan suhu simpang (Tj) jauh di bawah maksimum 125°C, idealnya di bawah 85°C untuk kebolehpercayaan jangka panjang. Penderia suhu terbina dalam dan pampasan untuk LED merah membantu mengekalkan prestasi optik tetapi tidak menghapuskan keperluan untuk reka bentuk terma fizikal yang baik.

8.2 Urutan Bekalan Kuasa dan Penyahgandingan

Keperluan untuk membekalkan kuasa kepada kedua-dua VDD dan LED VDD bersama-sama adalah kritikal. Urutan kuasa hidup di mana satu didayakan sebelum yang lain boleh meletakkan IC dalaman atau LED dalam keadaan tidak ditakrifkan, berpotensi menyebabkan latch-up atau kerosakan. Kapasitor pintasan 0.1µF pada VDD bukan pilihan; ia diperlukan untuk mencegah penurunan voltan semasa pensuisan PWM pantas, yang boleh menyebabkan IC set semula atau berkelakuan tidak menentu.

8.3 Integriti Isyarat untuk Lata

Apabila melata banyak peranti, degradasi isyarat sepanjang talian jam dan data boleh berlaku. Penapis RC yang disyorkan pada input CKI dan DAI setiap peranti membantu menindas deringan dan bunyi. Untuk rantai yang sangat panjang atau kelajuan jam yang tinggi, langkah tambahan seperti pemadanan impedans yang betul, surihan yang lebih pendek atau cip penimbal mungkin diperlukan untuk memastikan komunikasi yang boleh dipercayai ke peranti terakhir dalam rantai.

9. Perbandingan dan Pembezaan

Berbanding dengan LED RGB piawai tanpa pemandu, LTSA-E27CQEGBW menawarkan kelebihan yang ketara:

- Reka Bentuk Dipermudahkan:Tiada perintang penetapan arus luaran atau pemandu transistor diperlukan untuk setiap saluran.

- Ketepatan dan Konsistensi:Pemandu arus malar memastikan arus yang sama dalam setiap LED, membawa kepada warna dan kecerahan yang lebih konsisten dari unit ke unit, bebas daripada variasi Vf kecil.

- Ciri-ciri Maju:Pampasan suhu bersepadu, PWM beresolusi tinggi dan kawalan bersiri adalah ciri yang biasanya hanya terdapat dalam IC pemandu luaran, bukan dalam pakej LED itu sendiri.

- Pengurangan Bilangan Komponen dan Ruang Papan:Mengintegrasikan fungsi pemandu ke dalam jejak LED, menjimatkan ruang PCB yang berharga.

Kompromi ialah peningkatan kerumitan dalam perisian kawalan (mengurus protokol bersiri) dan kos komponen yang sedikit lebih tinggi berbanding dengan LED asas.

10. Soalan Lazim (FAQ)

Q1: Bolehkah saya memandu LED ini dengan pin GPIO mikropengawal mudah dan perintang?

A: Tidak. Anod LED disambungkan secara dalaman ke sinki arus IC pemandu. Anda mesti membekalkan kuasa ke pin LED VDD dan mengawal peranti melalui antara muka bersirinya (CKI, DAI). Sambungan terus ke GPIO tidak akan berfungsi dan mungkin merosakkan peranti.

Q2: Apakah tujuan memori OTP?

A: Memori Boleh Diprogram Sekali membolehkan anda menyimpan tetapan konfigurasi lalai (seperti kecerahan awal, ofset penentukuran warna atau membolehkan fungsi) secara kekal di dalam modul LED. Apabila kuasa dikenakan, IC boleh membaca tetapan ini dari OTP dan mengkonfigurasi dirinya secara automatik, mengurangkan kod permulaan yang diperlukan dalam mikropengawal hos.

Q3: Bagaimana saya mengira jumlah penggunaan kuasa?

A: Anda perlu mempertimbangkan kedua-dua kuasa LED dan kuasa IC. Untuk LED: P_led = (Purata_Arus_Merah * Vf_Merah) + (Purata_Arus_Hijau * Vf_Hijau) + (Purata_Arus_Biru * Vf_Biru). Vf boleh dianggarkan dari lengkung IV atau nilai tipikal untuk teknologi cip (~2.0V untuk AlInGaP Merah, ~3.2V untuk InGaN Hijau/Biru). Untuk IC: P_ic ≈ VDD * I_q (arus rehat, dari nota aplikasi). Arus purata bergantung pada kitar tugas PWM anda.

Q4: Adakah penyerap haba diperlukan?

A: Untuk kebanyakan aplikasi kitar tugas rendah hingga sederhana pada suhu bilik, laluan terma melalui pad pateri PCB adalah mencukupi. Walau bagaimanapun, untuk aplikasi yang menjalankan ketiga-tiga LED pada kecerahan penuh secara berterusan, atau dalam suhu ambien yang tinggi, reka bentuk terma PCB (via terma, kawasan kuprum) yang berhati-hati adalah penting. Penyerap haba logam berasingan biasanya tidak dilekatkan terus pada pakej SMD ini.