SMD LED RGB dengan IC Terbenam - 5.0x5.0x1.6mm - Voltan 4.2-5.5V - Kuasa 99mW - Lembaran Data Teknikal Bahasa Melayu

1. Gambaran Keseluruhan Produk

Dokumen ini memperincikan spesifikasi untuk peranti pemasangan permukaan (SMD) LED yang menggabungkan cip semikonduktor merah, hijau, dan biru (RGB) dengan litar bersepadu (IC) pemandu 8-bit terbenam dalam satu pakej tunggal. Penyelesaian bersepadu ini direka untuk memudahkan aplikasi arus malar bagi pereka, menghapuskan keperluan untuk perintang had arus luaran atau litar pemandu kompleks untuk setiap saluran warna.

1.1 Kelebihan Teras dan Penentududukan Produk

Kelebihan utama komponen ini ialah tahap integrasinya yang tinggi. Dengan menggabungkan logik kawalan dan pemancar RGB, ia membentuk titik piksel boleh alamat yang lengkap. Seni bina ini amat bermanfaat untuk aplikasi yang memerlukan pelbagai LED, seperti jalur LED, paparan matriks, dan pencahayaan hiasan, kerana ia mengurangkan bilangan komponen, ruang papan, dan kerumitan sistem dengan ketara. Peranti ini dibungkus dalam jejak kaki piawai yang mematuhi EIA, menjadikannya serasi dengan proses pematerian semula automatik pick-and-place dan inframerah, yang amat penting untuk pembuatan volum tinggi.

1.2 Aplikasi Sasaran dan Pasaran

LED ini direka untuk pelbagai spektrum peralatan elektronik di mana ruang, kecekapan, dan kawalan warna adalah terpenting. Kawasan aplikasi utamanya termasuk:

• Modul Warna Penuh dan Pencahayaan Lembut:Sesuai untuk mencipta kesan perubahan warna dinamik dalam jalur lampu, pencahayaan aksen seni bina, dan sistem pencahayaan suasana.
• Paparan Dalaman dan Papan Tanda:Sesuai untuk paparan video tidak sekata, tanda maklumat, dan panel hiasan di mana kawalan piksel individu diperlukan.
• Elektronik Pengguna:Boleh digunakan untuk penunjuk status, lampu latar panel hadapan, atau pencahayaan estetik dalam peranti seperti peralatan rangkaian, perkakas rumah, dan periferal komputer.
• Peralatan Industri & Pejabat:Boleh digunakan untuk isyarat status dan pencahayaan antara muka pengendali dalam pelbagai konteks automasi industri dan pejabat.

2. Parameter Teknikal: Analisis Objektif Mendalam

Bahagian berikut memberikan pecahan objektif terperinci tentang ciri prestasi utama peranti seperti yang ditakrifkan dalam lembaran data.

2.1 Penarafan Maksimum Mutlak dan Had Operasi

Parameter ini mentakrifkan had tekanan di mana kerosakan kekal pada peranti mungkin berlaku. Ia tidak bertujuan untuk operasi biasa.

• Pelesapan Kuasa (P_D):99 mW. Ini adalah jumlah kuasa maksimum yang boleh dipancarkan oleh pakej sebagai haba. Melebihi had ini berisiko terlalu panas dan kegagalan.
• Julat Voltan Bekalan (V_DD):+4.2V hingga +5.5V. IC terbenam memerlukan bekalan terkawal dalam julat ini untuk operasi yang boleh dipercayai. Menggunakan voltan di luar julat ini boleh merosakkan litar kawalan.
• Jumlah Arus Hadapan (I_F):18 mA. Ini adalah jumlah maksimum arus yang mengalir melalui cip Merah, Hijau, dan Biru secara serentak.
• Julat Suhu:Peranti ini dinilai untuk beroperasi dari -40°C hingga +85°C dan boleh disimpan dalam persekitaran dari -40°C hingga +100°C.

2.2 Ciri-ciri Optik

Diukur pada suhu ambien (T_a) 25°C dengan voltan bekalan (V_DD) 5V dan semua saluran warna ditetapkan kepada kecerahan maksimum (8'b11111111).

• Keamatan Bercahaya (I_V):Ini adalah kecerahan output cahaya yang dirasakan. Nilai tipikal adalah: Merah: 100-200 mcd, Hijau: 250-500 mcd, Biru: 50-120 mcd. Cip hijau biasanya menunjukkan keamatan bercahaya tertinggi.
• Sudut Pandangan (2θ_1/2):120 darjah. Sudut pandangan lebar ini, ciri kanta resap, bermaksud LED memancarkan cahaya di kawasan yang luas, menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana kebolehlihatan dari pelbagai sudut adalah penting.
• Panjang Gelombang Dominan (λ_d):Parameter ini mentakrifkan warna cahaya yang dirasakan. Julat yang ditentukan adalah: Merah: 615-630 nm, Hijau: 520-535 nm, Biru: 460-475 nm. Julat ini meletakkan warna dalam jalur spektrum boleh lihat piawai untuk merah, hijau, dan biru.

2.3 Ciri-ciri Elektrik

Ditakrifkan untuk julat suhu ambien -20°C hingga +70°C, V_DDdari 4.2V hingga 5.5V, dan V_SSpada 0V.

• Arus Output IC (I_F):5 mA (tipikal). Ini adalah arus malar yang dibekalkan oleh pemandu IC terbenam kepada setiap cip LED Merah, Hijau, dan Biru individu. Reka bentuk arus malar ini memastikan output warna yang stabil dan melindungi LED daripada lonjakan arus.
• Aras Logik Input:Untuk pin input data (DIN), logik tinggi (V_IH) dikenali pada minimum 2.7V sehingga V_DD. Logik rendah (V_IL) dikenali pada maksimum 1.0V. Ini serasi dengan logik mikropengawal 3.3V dan 5V.
• Arus Rehat IC (I_DD):0.8 mA (tipikal) apabila semua data LED ditetapkan kepada '0' (mati). Ini adalah kuasa yang digunakan oleh IC terbenam itu sendiri apabila LED tidak menyala.

3. Protokol Penghantaran Data dan Kawalan

Peranti ini mempunyai protokol komunikasi satu wayar yang boleh disambung secara lata, membolehkan berbilang unit disambung secara daisy-chain dan dikawal dari satu pin mikropengawal.

3.1 Asas Protokol

Data dihantar sebagai urutan denyut tinggi dan rendah pada pin DIN. Setiap bit ('0' atau '1') dikodkan oleh corak masa tertentu dalam tempoh nominal 1.2 µs (±300ns).

• Bit '0':Masa tinggi (T_0H) = 300 ns ±150ns, diikuti oleh Masa rendah (T_0L) = 900 ns ±150ns.
• Bit '1':Masa tinggi (T_1H) = 900 ns ±150ns, diikuti oleh Masa rendah (T_1L) = 300 ns ±150ns.

Toleransi masa membenarkan beberapa variasi dalam kelajuan jam mikropengawal tetapi memerlukan masa perisian atau perkakasan yang tepat untuk komunikasi yang boleh dipercayai.

3.2 Struktur Bingkai Data

Setiap LED memerlukan 24 bit data untuk menetapkan warnanya. Data dihantar mengikut urutan: Hijau (8 bit), Merah (8 bit), Biru (8 bit). Setiap nilai 8-bit mengawal kecerahan saluran warna tertentu dengan 256 langkah (0-255). Ini membolehkan penciptaan 16,777,216 (256^3) kombinasi warna yang mungkin.

3.3 Penyambungan Lata dan Set Semula

Data yang dihantar ke pin DIN LED pertama dialihkan melalui daftar dalamannya dan kemudian dikeluarkan pada pin DOUT selepas 24 bit. DOUT ini boleh disambungkan ke DIN LED seterusnya dalam rantaian, membolehkan bilangan LED yang tidak terhad dikawal secara bersiri. Isyarat rendah pada pin DIN yang berlangsung lebih lama daripada 250 µs (masa RESET) menyebabkan semua LED dalam rantaian mengunci data yang sedang berada dalam daftar mereka dan memaparkannya, kemudian bersedia untuk menerima data baru bermula dengan LED pertama dalam rantaian.

4. Sistem Pembin Warna

Lembaran data menyediakan jadual pembin berasaskan rajah kromatisiti CIE 1931 untuk mengkategorikan output warna LED putih resap. Kod bin (A, B, C, D) mentakrifkan segi empat pada satah koordinat warna (x, y), setiap satu dengan toleransi ±0.01. Sistem ini membolehkan pengeluar dan pereka memilih LED dengan ciri warna yang konsisten untuk aplikasi di mana keseragaman warna merentasi berbilang unit adalah kritikal, seperti dalam paparan besar atau panel pencahayaan.

5. Analisis Lengkung Prestasi

Lembaran data termasuk perwakilan grafik hubungan prestasi utama.

5.1 Keamatan Relatif vs. Panjang Gelombang (Taburan Spektrum)

Lengkung ini menunjukkan spektrum pancaran setiap cip warna (Merah, Hijau, Biru). Ia biasanya memaparkan puncak berbeza yang sepadan dengan panjang gelombang dominan. Lebar puncak ini menunjukkan ketulenan spektrum; puncak yang lebih sempit menunjukkan warna yang lebih tepu. Pertindihan antara spektrum warna, terutamanya di kawasan hijau-kuning, akan mempengaruhi kualiti dan julat warna campuran (contohnya, mencipta kuning tulen dari merah dan hijau).

5.2 Arus Hadapan vs. Lengkung Penurunan Suhu Ambien

Graf ini adalah penting untuk pengurusan haba. Ia menunjukkan arus hadapan maksimum yang dibenarkan bagi setiap cip LED sebagai fungsi suhu ambien. Apabila suhu meningkat, arus selamat maksimum berkurangan. Sebagai contoh, pada 25°C, arus maksimum mungkin hampir dengan kadar 18mA, tetapi pada 85°C, arus maksimum yang dibenarkan adalah jauh lebih rendah. Pereka mesti memastikan arus operasi, terutamanya apabila ketiga-tiga warna berada pada kecerahan penuh, tidak melebihi had penurunan pada suhu ambien tertinggi yang dijangkakan untuk memastikan kebolehpercayaan jangka panjang.

5.3 Taburan Spatial (Corak Sinaran)

Plot kutub ini menggambarkan bagaimana keamatan cahaya berubah dengan sudut pandangan relatif kepada paksi pusat LED. Sudut pandangan 120 darjah yang disediakan (2θ_1/2) adalah titik di mana keamatan turun kepada 50% daripada nilai pada paksi. Kanta resap mencipta corak seperti Lambertian, memberikan pencahayaan sekata di kawasan yang luas berbanding pancaran fokus.

6. Maklumat Mekanikal dan Pembungkusan

6.1 Dimensi Pakej dan Konfigurasi

Peranti ini mempunyai jejak kaki nominal 5.0 mm x 5.0 mm dengan ketinggian 1.6 mm. Semua toleransi dimensi adalah ±0.2 mm melainkan dinyatakan sebaliknya. Gambar rajah pandangan atas mengenal pasti empat pin: 1 (VDD - Kuasa), 2 (DIN - Input Data), 3 (VSS - Bumi), dan 4 (DOUT - Output Data).

6.2 Susun Atur Pad Lekatan PCB yang Disyorkan

Gambar rajah corak land disediakan untuk membimbing reka bentuk PCB. Mematuhi dimensi dan jarak pad yang disyorkan ini adalah penting untuk mencapai sambungan pateri yang boleh dipercayai semasa proses reflow dan memastikan kestabilan mekanikal yang betul.

7. Garis Panduan Pemasangan dan Pengendalian

7.1 Proses Pematerian

Peranti ini serasi dengan proses pematerian semula inframerah (IR) yang sesuai untuk pateri bebas plumbum (Pb-free). Lembaran data merujuk kepada profil mengikut piawaian J-STD-020B. Parameter utama dalam profil sedemikian termasuk pra-pemanasan, rendaman, suhu puncak reflow (yang tidak boleh melebihi penarafan suhu maksimum peranti), dan kadar penyejukan. Mengikuti profil yang disyorkan adalah kritikal untuk mengelakkan kejutan haba, kecacatan sambungan pateri, atau kerosakan pada pakej LED dan IC dalaman.

7.2 Pembersihan

Jika pembersihan pasca-pemasangan diperlukan, kaedah yang disyorkan ialah merendam papan yang dipasang dalam etil alkohol atau isopropil alkohol pada suhu bilik selama kurang daripada satu minit. Penggunaan bahan pembersih kimia yang tidak ditentukan atau agresif adalah dilarang kerana ia boleh merosakkan kanta plastik atau bahan pakej.

8. Pembungkusan dan Pesanan

LED dibekalkan pada pita pembawa timbul lebar 8mm yang dililit pada gegelung diameter 7 inci (178mm). Kuantiti pembungkusan piawai ialah 4000 keping setiap gegelung. Spesifikasi pita dan gegelung mematuhi piawaian ANSI/EIA 481, memastikan keserasian dengan peralatan pemasangan automatik. Lukisan dimensi terperinci untuk poket pita dan gegelung disediakan untuk tujuan logistik dan persediaan mesin.

9. Pertimbangan Reka Bentuk Aplikasi

9.1 Reka Bentuk Bekalan Kuasa

Bekalan kuasa yang stabil dan rendah hingar dalam julat 4.2V hingga 5.5V adalah penting. Permintaan arus keseluruhan untuk rentetan LED mesti dikira: I_total= (Bilangan LED) * (I_{DD_rehat}) + (Bilangan Piksel Menyala) * (I_{F_R}+ I_{F_G}+ I_{F_B}). Untuk pemasangan besar, pertimbangkan kejatuhan voltan di sepanjang talian kuasa, yang mungkin memerlukan suntikan kuasa pada pelbagai titik.

9.2 Integriti Isyarat Data

Untuk daisy chain panjang atau dalam persekitaran elektrik yang bising, integriti isyarat pada talian data (DIN/DOUT) boleh merosot. Strategi untuk mengurangkan ini termasuk menggunakan kadar data yang lebih rendah (jika masa membenarkan), menambah perintang siri kecil (contohnya, 100-470 Ω) pada output mikropengawal untuk mengurangkan deringan, dan memastikan sambungan bumi yang kukuh dan berimpedansi rendah di seluruh sistem.

9.3 Pengurusan Haba

Walaupun pemandu arus malar memberikan perlindungan semula jadi, kuasa yang dipancarkan sebagai haba (P = V_f* I_funtuk setiap cip, ditambah kehilangan IC) mesti diuruskan. Pastikan pengudaraan atau penyejukan haba yang mencukupi jika LED beroperasi pada tahap kecerahan tinggi atau dalam suhu ambien tinggi, terutamanya dalam tatasusunan yang padat. Rujuk lengkung penurunan dalam bahagian 5.2.

10. Perbandingan dan Pembezaan Teknikal

Pembeza utama komponen ini ialahpemandu arus malar IC terbenam. Berbanding dengan LED RGB piawai yang memerlukan tiga perintang had arus luaran dan litar pemandu multiplexing atau PWM luaran, penyelesaian bersepadu ini menawarkan kelebihan ketara:

• Reka Bentuk Dipermudahkan:Mengurangkan Bil Bahan (BOM) dan kerumitan susun atur PCB.
• Konsistensi Dipertingkatkan:Sumber arus malar pada cip menyediakan keadaan pemanduan yang sama untuk setiap warna dalam setiap unit, membawa kepada keseragaman warna yang lebih baik merentasi pengeluaran.
• Kebolehlataan:Protokol satu wayar membolehkan kawalan beratus-ratus LED dari satu pin mikropengawal, memudahkan pendawaian dan perisian kawalan untuk pemasangan besar.
• Kedalaman Warna Tinggi:Kawalan 8-bit (256-langkah) setiap saluran warna membolehkan kecerunan lancar dan palet warna yang luas, yang lebih baik daripada penyelesaian multiplexed atau kawalan analog yang lebih mudah.

11. Soalan Lazim (Berdasarkan Parameter Teknikal)

S: Bolehkah saya bekalkan kuasa kepada LED ini terus dari bekalan mikropengawal 3.3V?

J: Tidak. Voltan bekalan minimum mutlak (V_DD) ialah 4.2V. Bekalan 3.3V adalah di bawah julat operasi dan tidak akan membekalkan kuasa kepada IC terbenam dengan betul. Anda memerlukan rel kuasa 5V (atau 4.2-5.5V) yang berasingan untuk LED.

S: Bagaimanakah saya mengira arus yang diperlukan untuk projek saya dengan 100 LED ini?

J: Anda mesti mempertimbangkan dua komponen: 1) Arus rehat untuk IC: 100 LED * 0.8 mA = 80 mA. 2) Arus LED: Ini bergantung pada warna yang dipaparkan. Dalam senario terburuk (semua LED memaparkan putih kecerahan penuh), setiap LED menarik ~15 mA (3 warna * 5 mA). Jadi, 100 LED * 15 mA = 1500 mA. Jumlah arus senario terburuk ≈ 1580 mA atau 1.58A pada 5V. Bekalan kuasa anda mesti dinilai untuk ini.

S: Apa yang berlaku jika masa isyarat data sedikit di luar toleransi yang ditentukan?

J: Peranti mungkin salah mentafsir data, membawa kepada warna yang salah dipaparkan atau kegagalan komunikasi sepenuhnya ke bawah rantaian. Adalah kritikal untuk menjana isyarat data dengan masa yang sedekat mungkin dengan nilai tipikal, kekal dalam elaun ±150ns.

S: Adakah penyejuk haba diperlukan?

J: Ia bergantung pada keadaan operasi. Pada suhu bilik dan kecerahan sederhana, penarafan pelesapan kuasa 99mW mungkin mencukupi. Walau bagaimanapun, jika beroperasi dalam kandang suhu ambien tinggi atau pada kecerahan maksimum secara berterusan, analisis haba harus dilakukan. Lengkung penurunan dalam bahagian 5.2 menunjukkan bahawa arus maksimum mesti dikurangkan apabila suhu meningkat, yang merupakan bentuk pengurusan haba tidak langsung.

12. Contoh Aplikasi Praktikal

Senario: Mereka Bentuk Panel Matriks LED RGB 10x10 untuk Pemasangan Seni.

Langkah Reka Bentuk:

1. Susun Atur:Susun 100 LED dalam grid. Sambungkan semua pin VDD ke satah kuasa 5V biasa dan semua pin VSS ke satah bumi biasa.

2. Kuasa:Kira kuasa puncak: 100 LED * (0.015A * 5V) = 7.5W. Pilih bekalan kuasa 5V, 8A (40W) dengan ruang kepala ~20%. Rancang untuk suntikan kuasa dari pelbagai sisi panel untuk mengurangkan kejatuhan voltan.

3. Rantaian Data:Sambungkan DOUT setiap LED dalam baris ke DIN LED seterusnya dalam baris yang sama. Pada akhir setiap baris, DOUT boleh disambungkan ke DIN LED pertama dalam baris seterusnya, mencipta satu rantaian panjang 100 LED.

4. Kawalan:Mikropengawal (contohnya, ESP32, Arduino) menjana aliran data. Perisian mesti menghantar 2400 bit (100 LED * 24 bit) data warna, diikuti oleh denyutan set semula >250 µs untuk membuat LED dikemas kini. Pustaka wujud untuk memudahkan protokol ini.

5. Haba:Pasang LED pada PCB aluminium atau pastikan panel mempunyai pengudaraan, kerana 7.5W haba dalam ruang terkurung akan meningkatkan suhu ambien, mencetuskan keperluan untuk penurunan arus.

13. Prinsip Operasi

Peranti ini beroperasi berdasarkan prinsip yang mudah tetapi berkesan. IC terbenam mengandungi daftar anjakan dan sink arus malar. Data bersiri yang dimasukkan ke pin DIN dialihkan melalui daftar 24-bit dalaman. Sebaik sahaja isyarat set semula diterima, IC mengunci data ini. Setiap segmen 8-bit data terkunci mengawal penjana Modulasi Lebar Denyut (PWM) untuk satu saluran warna (Merah, Hijau, Biru). Isyarat PWM kemudian memandu sink arus malar yang disambungkan kepada cip LED yang sepadan. Nilai 255 (8'b11111111) menghasilkan kitar tugas 100% (menyala sepenuhnya), manakala nilai 127 menghasilkan kitar tugas ~50%, dengan itu mengawal kecerahan. Sink arus malar memastikan LED menerima arus yang stabil tanpa mengira variasi voltan hadapan (V_f) kecil antara cip atau dengan suhu.

14. Trend dan Konteks Teknologi

Komponen ini mewakili trend yang jelas dalam teknologi LED:peningkatan integrasi dan kecerdasan pada tahap pakej.Memindahkan fungsi pemandu ke substrat yang sama dengan pemancar (konsep yang sering dipanggil "LED dengan litar bersepadu" atau "LED pintar") menangani beberapa cabaran industri. Ia mengurangkan kos dan kerumitan sistem untuk pengguna akhir, meningkatkan konsistensi prestasi, dan membolehkan aplikasi baru seperti paparan boleh alamat resolusi tinggi yang mudah diskalakan. Trend ini berkembang ke arah LED dengan litar bersepadu yang lebih maju yang mampu kadar data yang lebih tinggi (contohnya, untuk video), ingatan terbina dalam untuk corak, dan juga penderia untuk maklum balas cahaya ambien atau suhu, membuka jalan untuk sistem pencahayaan yang lebih autonomi dan adaptif.