Folha de Dados Técnicos do LED RGB LTPL-P033RGB - LED de Alta Potência - Vermelho/Verde/Azul - 150mA

1. Visão Geral do Produto

O LTPL-P033RGB é uma fonte de luz de estado sólido de alta potência, eficiente energeticamente e ultracompacta. Ele combina as vantagens de longa vida útil e confiabilidade dos Diodos Emissores de Luz com os níveis de brilho necessários para substituir as tecnologias de iluminação convencionais. Este dispositivo oferece aos projetistas uma liberdade significativa na criação de soluções de iluminação inovadoras para uma ampla gama de aplicações.

1.1 Características Principais

• Fonte de luz LED de alta potência
• Saída de luz instantânea (menos de 100 nanossegundos)
• Operação em corrente contínua (DC) de baixa tensão
• Pacote com baixa resistência térmica
• Conformidade com RoHS e livre de chumbo
• Compatível com processos de soldagem por refluxo sem chumbo

1.2 Aplicações Alvo

Este LED foi projetado para uma diversificada gama de aplicações de iluminação, incluindo, mas não se limitando a:

• Luzes de leitura para interiores de automóveis, ônibus e aeronaves
• Iluminação portátil, como lanternas e faróis de bicicleta
• Iluminação arquitetônica: spots embutidos, luzes de orientação, iluminação de sanca, iluminação sob prateleiras e iluminação de tarefa
• Iluminação decorativa e para entretenimento
• Iluminação exterior: postes de iluminação, luzes de segurança e iluminação de jardim
• Aplicações de sinalização: sinais de trânsito, balizas e luzes de passagem de nível
• Placas com iluminação lateral para indicadores de saída e displays de ponto de venda
• Iluminação arquitetônica comercial e residencial geral, para interior e exterior

2. Contorno e Dimensões Mecânicas

O dispositivo apresenta um pacote de montagem em superfície (SMD) compacto. Todas as dimensões críticas são fornecidas na folha de dados com uma tolerância padrão de +/- 0,2 mm, salvo indicação em contrário. O desenho mecânico descreve a pegada do pacote, a colocação dos terminais e a altura total, que são cruciais para o layout da PCB e o projeto de gerenciamento térmico.

3. Especificações Máximas Absolutas e Características

Todas as especificações são definidas a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Exceder esses limites pode causar danos permanentes ao dispositivo.

3.1 Especificações Elétricas

• Corrente Direta (I_F): 150 mA (contínua) para todas as cores (Vermelho, Verde, Azul).
• Corrente Direta de Pulso (I_FP): 300 mA (pulsada) para todas as cores. Condição: ciclo de trabalho de 1/10, largura de pulso ≤10μs.
• Dissipação de Potência (P_D): Vermelho: 360 mW; Verde: 540 mW; Azul: 540 mW.

3.2 Especificações Térmicas e Ambientais

• Faixa de Temperatura de Operação (T_opr): -30°C a +85°C.
• Faixa de Temperatura de Armazenamento (T_stg): -40°C a +100°C.
• Temperatura Máxima da Junção (T_j): 125°C.

Notas Importantes:É proibido operar sob condições de tensão reversa por períodos prolongados. É fortemente recomendado seguir as curvas de derating fornecidas ao operar próximo das especificações máximas para garantir a operação normal e confiável do LED.

4. Características Eletro-Ópticas

Os parâmetros de desempenho típicos são medidos a Ta=25°C e I_F=150mA.

4.1 Saída Luminosa

• Fluxo Luminoso (Típ.): Vermelho: 21 lm; Verde: 50 lm; Azul: 9 lm. O fluxo luminoso é a saída total de luz medida com uma esfera integradora.
• Intensidade Luminosa (Típ., para referência): Vermelho: 6,8 cd; Verde: 12,5 cd; Azul: 3,0 cd.

4.2 Características Espectrais e Elétricas

• Comprimento de Onda Dominante: Vermelho: 610-630 nm; Verde: 515-535 nm; Azul: 450-470 nm.
• Tensão Direta (V_F): Vermelho: 1,5-2,6 V; Verde: 2,8-3,8 V; Azul: 2,8-3,8 V.
• Ângulo de Visão: 120 graus (típico para todas as cores).

Padrão de Teste:O CAS-140B é referenciado para medições de fluxo luminoso, comprimento de onda dominante e tensão direta.

5. Análise das Curvas de Desempenho Típicas

A folha de dados fornece vários gráficos essenciais para o projeto de circuito e térmico.

5.1 Distribuição Espectral

A Figura 1 mostra a intensidade espectral relativa versus comprimento de onda para cada cor. Esta curva é vital para entender a pureza da cor e a aplicação potencial em sistemas de mistura de cores.

5.2 Padrão de Radiação

A Figura 2 ilustra o padrão espacial de radiação (intensidade), confirmando o amplo ângulo de visão de 120 graus. O padrão é tipicamente Lambertiano para este tipo de pacote.

5.3 Corrente vs. Tensão (Curva I-V)

A Figura 3 traça a corrente direta em função da tensão direta para cada cor. O LED Vermelho apresenta uma tensão direta mais baixa (tipicamente ~2,0V a 150mA) em comparação com os LEDs Verde e Azul (tipicamente ~3,2V-3,4V a 150mA). Este é um parâmetro crítico para o projeto do driver, pois diferentes tensões de acionamento ou resistores limitadores de corrente são necessários para cada canal de cor em um sistema RGB.

5.4 Corrente vs. Fluxo Luminoso

A Figura 4 mostra a relação entre a corrente direta e o fluxo luminoso relativo. A saída é geralmente linear com a corrente na faixa de operação normal, mas a eficiência pode cair em correntes muito altas devido ao aumento da temperatura da junção e outros efeitos.

5.5 Desempenho Térmico

A Figura 5 é um dos gráficos mais importantes, mostrando o fluxo luminoso relativo versus a temperatura da placa. Ela atua como uma curva de derating. A saída diminui à medida que a temperatura aumenta. A nota especifica que os dados são baseados em uma cobertura de solda superior a 80% para um bom contato térmico e recomenda não acionar o LED quando a temperatura da placa exceder 85°C para manter o desempenho e a longevidade.

5.6 Corrente vs. Comprimento de Onda Dominante

A Figura 6 mostra como o comprimento de onda dominante se desloca com a corrente direta. Geralmente, o comprimento de onda aumenta ligeiramente com a corrente devido ao aquecimento da junção e outros efeitos da física dos semicondutores. Isso é importante para aplicações críticas em termos de cor.

6. Sistema de Classificação e Binning

Os LEDs são classificados ("binned") com base em sua saída de fluxo luminoso a 150mA para garantir consistência.

6.1 Bins do LED Vermelho (R1 a R5)

Os bins variam de R1 (18-21 lm) a R5 (30-33 lm).

6.2 Bins do LED Verde (G1 a G7)

Os bins variam de G1 (35-39 lm) a G7 (59-63 lm).

6.3 Bins do LED Azul (B1 a B4)

Os bins variam de B1 (6-9 lm) a B4 (15-18 lm).

Uma tolerância de +/-10% é aplicada a cada bin de fluxo luminoso. O código do bin é marcado em cada saco de embalagem para rastreabilidade.

7. Diretrizes de Soldagem e Montagem

7.1 Perfil de Soldagem por Refluxo

O dispositivo é compatível com soldagem por refluxo sem chumbo. Um perfil detalhado de temperatura-tempo é fornecido:

• Temperatura de Pico (T_P): 260°C máx.
• Tempo acima de 217°C (T_L): 60-150 segundos.
• Tempo dentro de 5°C do pico (t_P): 5 segundos máx.
• Pré-aquecimento: 150-200°C por 60-180 segundos.
• Taxa de Aquecimento: 3°C/seg máx (de T_Smaxa T_P).
• Taxa de Resfriamento: 6°C/seg máx.
• Tempo total do ciclo: 8 minutos máx. de 25°C ao pico.

7.2 Soldagem Manual

Se a soldagem manual for necessária, a condição recomendada é uma temperatura máxima do ferro de 350°C por no máximo 2 segundos por junta de solda, uma única vez.

7.3 Notas Críticas para Montagem

• Todas as especificações de temperatura referem-se ao lado superior do corpo do pacote.
• O perfil pode precisar de ajuste com base nas características específicas da pasta de solda.
• Não é recomendado um processo de resfriamento rápido (têmpera) a partir da temperatura de pico.
• Sempre use a menor temperatura de soldagem possível que garanta uma junta confiável.
• O dispositivo não é garantido se montado usando o método de soldagem por imersão.

8. Layout Recomendado para as Ilhas de Solda na PCB

Um projeto detalhado das ilhas de solda é fornecido com todas as dimensões em milímetros. O projeto garante a formação adequada do filete de solda e o isolamento elétrico entre as ilhas do ânodo/cátodo e qualquer ilha térmica ou metalização da placa. Aderir a este layout é crucial para a estabilidade mecânica, o desempenho elétrico e a transferência térmica ideal do chip do LED para a PCB.

9. Especificações de Embalagem em Fita e Carretel

Os LEDs são fornecidos em fita e carretel para montagem automatizada.

• Tamanho do carretel: 7 polegadas.
• Quantidade: 1000 peças por carretel completo. A quantidade mínima de embalagem para remanescentes é de 500 peças.
• Vedação dos compartimentos: Os compartimentos vazios de componentes são selados com fita de cobertura superior.
• Qualidade: Máximo de dois LEDs ausentes consecutivos permitidos.
• Padrão: A embalagem está em conformidade com as especificações EIA-481-1-L23.

10. Confiabilidade e Testes de Qualificação

Testes extensivos de confiabilidade foram conduzidos em lotes de amostras.

10.1 Condições de Teste e Resultados

Os testes foram realizados em 22 amostras por condição, com zero falhas relatadas:

• Vida Útil de Operação em Alta/Baixa/Temperatura Ambiente (1000 horas cada).
• Vida Útil de Armazenamento em Alta/Baixa Temperatura (500-1000 horas).
• Calor Úmido (85°C/85% UR por 500 horas).
• Ciclagem Térmica (-40°C a 100°C, 100 ciclos).
• Choque Térmico (-40°C a 100°C, 100 ciclos).

10.2 Critérios de Falha

Um dispositivo é considerado com falha se, após o teste, exceder um dos seguintes limites quando medido em I_F=150mA:

• Tensão Direta (V_f) > 110% do seu valor inicial.
• Fluxo Luminoso<70% do seu valor inicial.

11. Considerações para o Projeto de Aplicação

11.1 Projeto do Circuito Driver

Devido às diferentes tensões diretas dos LEDs Vermelho (V_f mais baixa) e Verde/Azul (V_f mais alta), um driver RGB típico usará circuitos limitadores de corrente separados ou um driver de corrente constante com canais independentes. A corrente contínua máxima é de 150mA por cor. Para operação pulsada (ex., dimerização por PWM), garanta que os parâmetros do pulso permaneçam dentro dos limites de I_FP rating.

11.2 Gerenciamento Térmico

A dissipação de calor eficaz é primordial. Os dados da Figura 5 mostram claramente que a saída diminui com o aumento da temperatura. Para manter o brilho e a vida útil:

• Use o layout recomendado para as ilhas de solda com alta condutividade térmica.
• Projete a PCB com área de cobre adequada (ilhas térmicas) conectada ao caminho térmico do LED.
• Considere o uso de vias térmicas para transferir calor para as camadas internas ou para o lado posterior da placa.
• Na aplicação final, garanta fluxo de ar adequado ou outros mecanismos de resfriamento se estiver acionando em altas correntes ou em altas temperaturas ambientes.
• Monitore a temperatura da placa e evite exceder 85°C.

11.3 Projeto Óptico

O ângulo de visão de 120 graus fornece um feixe amplo e uniforme, adequado para iluminação geral e sinalização. Para feixes focados, ópticas secundárias (lentes ou refletores) serão necessárias. Os projetistas devem considerar as diferentes intensidades luminosas de cada cor ao criar luz branca ou misturas de cores específicas.

12. Comparação e Posicionamento do Produto

O LTPL-P033RGB se posiciona como um LED RGB de alta potência de uso geral, adequado para um amplo espectro de aplicações que requerem mistura de cores ou saída de cor individual. Suas principais vantagens incluem um pacote padronizado, amplo ângulo de visão, estrutura clara de classificação (binning) para consistência e especificações robustas para fabricação confiável (compatibilidade com refluxo, fita e carretel). Ele foi projetado para ser um componente de trabalho para projetos de iluminação de estado sólido que substituem tecnologias mais antigas.

13. Perguntas Frequentes (Baseadas em Dados Técnicos)

P: Posso acionar todas as três cores (RGB) com a mesma fonte de tensão constante e resistor?

R: Não de forma ideal. O LED Vermelho tem uma tensão direta significativamente mais baixa (~2,0V) do que o Verde/Azul (~3,2V). Usar uma única tensão exigiria valores de resistor diferentes para cada canal para atingir a mesma corrente de 150mA. Usar drivers de corrente constante independentes ou canais PWM é o método recomendado para controle e mistura de cores.

P: Qual é a principal causa da degradação do brilho do LED ao longo do tempo?

R: A causa principal é a alta temperatura da junção. Operar o LED acima de sua faixa de temperatura recomendada (veja a Figura 5) acelera o processo de envelhecimento dos materiais semicondutores e fósforos (se presentes), levando a uma queda permanente na saída de luz. O gerenciamento térmico adequado é o fator mais crítico para a confiabilidade de longo prazo.

P: Como interpreto o código de classificação (bin) do fluxo luminoso?

R: O código (ex., R3, G5, B2) impresso no saco de embalagem informa a faixa mínima e máxima garantida de saída luminosa para aquele LED específico a 150mA. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com brilho correspondente para uma aparência uniforme em luminárias com múltiplos LEDs ou para garantir uma saída de luz mínima para seu projeto.

P: Este LED é adequado para uso externo?

R: A faixa de temperatura de operação (-30°C a +85°C) e a aprovação bem-sucedida no teste de calor úmido (85°C/85% UR) indicam robustez contra fatores ambientais. No entanto, para exposição prolongada ao ar livre, o LED em si deve ser devidamente encapsulado ou alojado dentro de uma luminária que forneça proteção contra umidade, radiação UV e danos físicos, pois o pacote do LED em si não é à prova d'água.

14. Exemplo Prático de Projeto: Luz de Ambiente RGB

Cenário:Projetando uma luz de ambiente RGB baseada em microcontrolador com cor e brilho ajustáveis.

Implementação:

1. Driver:Use um CI driver de LED de corrente constante de 3 canais ou três MOSFETs separados controlados pelas saídas PWM do MCU. Defina o limite de corrente para 150mA por canal.

2. Fonte de Alimentação:Forneça uma tensão DC estável alta o suficiente para acomodar a maior V_f(Azul/Verde ~3,8V máx.) mais a queda de tensão no regulador de corrente.

3. Gerenciamento Térmico:Monte o LED em uma PCB com uma área sólida de cobre conectada à ilha térmica. Se forem usados ciclos de trabalho altos, considere adicionar um pequeno dissipador de calor na parte de trás da PCB.

4. Controle:O MCU pode ajustar independentemente o ciclo de trabalho PWM para cada canal de cor (Vermelho, Verde, Azul) de 0% a 100%. Isso permite a criação de milhões de cores misturando as saídas primárias em diferentes intensidades.

5. Óptica:Use uma lente difusora ou uma cobertura sobre o LED para misturar os três pontos coloridos em uma única área de luz uniforme.

15. Contexto Tecnológico e Tendências

Diodos Emissores de Luz (LEDs) são dispositivos semicondutores que emitem luz quando uma corrente elétrica passa por eles. A cor da luz é determinada pela banda proibida ("bandgap") dos materiais semicondutores utilizados. O LTPL-P033RGB usa chips individuais para Vermelho (provavelmente baseado em materiais AlInGaP) e para Verde/Azul (baseado em materiais InGaN) alojados em um único pacote. A tendência em LEDs de potência continua em direção a maior eficiência (mais lúmens por watt), melhor reprodução de cor, maior confiabilidade e menor custo. Este dispositivo representa uma solução madura e econômica para aplicações que requerem saída de cor versátil sem a necessidade da eficiência extrema dos mais recentes LEDs de alta potência de cor única.