Ficha Técnica do LED de Potência Média com Encapsulamento EMC 3020 - 3.0x2.0mm - Tensão 3.4V - Potência 0.5W/0.8W - Branco Frio/Neutro/Quente - Documento Técnico em Chinês

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações técnicas e características de desempenho da série 3020 de LEDs de média potência, que utilizam encapsulamento avançado de EMC (Epoxy Molding Compound). Projetada especificamente para aplicações de iluminação geral, esta série alcança o equilíbrio ideal entre eficiência luminosa, custo-benefício e confiabilidade.

1.1 Posicionamento e Vantagens Competitivas do Produto

O LED 3020 está posicionado no mercado de média potência, direcionado principalmente para cenários de aplicação que exigem alto desempenho e excelente custo-benefício. Suas vantagens centrais derivam de sua tecnologia de encapsulamento e design elétrico.

• Embalagem EMC com Desempenho Térmico Aprimorado: Em comparação com plásticos PPA ou PCT tradicionais, o material EMC possui condutividade térmica e resistência a altas temperaturas superiores, proporcionando assim melhor manutenção do fluxo luminoso e maior vida útil.
• Alta Eficiência Luminosa e Custo-Benefício (Lúmen/Dólar): Este produto visa oferecer os melhores indicadores de lúmens por watt e lúmens por dólar em sua categoria, sendo ideal para projetos de iluminação de alto volume e sensíveis ao custo.
• Flexibilidade de potência: Embora classificado na série de 0.5W, seu encapsulamento robusto permite operar com potências de até 0.8W, oferecendo flexibilidade de projeto para diferentes necessidades de corrente de acionamento.
• Alta qualidade de cor: Índice de Reprodução de Cor (CRI) mínimo de 80, garantindo uma boa fidelidade cromática, adequado para iluminação interna geral que exige precisão de cores.
• Capacidade de acionamento robusta: Suporta corrente direta máxima (IF) de 240mA e corrente de pulso (IFP) de 300mA, adaptável a diversos esquemas de acionamento.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações-Chave

A versatilidade do LED 3020 o torna adequado para uma ampla gama de aplicações de iluminação.

• Luminárias e Lâmpadas de Substituição: Substituição direta de lâmpadas incandescentes tradicionais, lâmpadas fluorescentes compactas ou módulos LED antigos em lâmpadas, tubos e downlights.
• Iluminação geral: Fonte de luz principal para luminárias residenciais, comerciais e industriais (como painéis de luz, luminárias gradeadas, luminárias para pé-direito alto).
• Iluminação de fundo: Utilizada para iluminação de sinalização interna e externa, caixas de luz e painéis decorativos.
• Iluminação arquitetônica e decorativa: Aplicações como iluminação focal, iluminação de rebaixo e outras que exigem saída de luz estável e consistência de cor.

2. Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Todos os parâmetros são medidos em condições padrão de teste: corrente direta (IF) = 150mA, temperatura ambiente (Ta) = 25°C, umidade relativa (RH) = 60%.

2.1 Características fotovoltaicas

Principais indicadores de desempenho que definem a saída de luz e a cor de um LED.

• Fluxo Luminoso: Em 150mA, o intervalo típico é de 58 lm a 68 lm, dependendo do bin de temperatura de cor correlacionada (CCT). Cada bin também especifica um valor mínimo garantido. A tolerância de medição é de ±7%.
• Tensão Direta (VF): Em 150mA, a queda de tensão típica através do LED é de 3.4V, variando de 3.1V (mínimo) a 3.4V (típico). A tolerância é de ±0.1V. Este parâmetro é crucial para o projeto do acionamento e o gerenciamento térmico.
• Ângulo de visão (2θ1/2): O típico ângulo de visão amplo de 110 graus proporciona uma distribuição de luz ampla e uniforme, sendo ideal para iluminação geral.
• Índice de reprodução de cor (CRI/Ra): O Ra mínimo é 80, com uma tolerância de medição de ±2. Isso indica uma boa fidelidade de cores.
• Corrente reversa (IR): No máximo 10 μA com uma tensão reversa (VR) de 5V, indicando boa integridade da junção.

2.2 Características Elétricas e Valores Absolutos Máximos

Estes valores de classificação definem os limites operacionais que podem causar danos permanentes.

• Corrente Direta Máxima (IF_max): 240 mA (DC).
• Corrente direta de pulso máxima (IFP_max): 300 mA sob condições específicas (largura do pulso ≤ 100µs, ciclo de trabalho ≤ 1/10).
• Dissipação de Potência Máxima (PD_max): 816 mW. Esta é a potência máxima de dissipação térmica permitida na junção.
• Tensão Reversa Máxima (VR_max): 5 V.
• Temperatura da Junção (Tj_max): 115 °C. Temperatura absoluta máxima da junção do semicondutor.
• Temperatura de operação e armazenamento: -40 °C a +85 °C.
• Temperatura de soldagem: Suporta 230°C ou 260°C por 10 segundos, compatível com perfis padrão de soldagem por refluxo sem chumbo.

2.3 Características Térmicas

O gerenciamento térmico eficaz é crucial para o desempenho e a vida útil.

• Resistência térmica (Rθ_J-SP): 21 °C/W (típico). Esta é a resistência térmica da junção do LED até o ponto de solda. Um valor mais baixo indica uma melhor transferência de calor do chip para a placa de circuito. Este parâmetro é fundamental para calcular o aumento da temperatura da junção em relação à temperatura do ponto de solda: ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• Capacidade de descarga eletrostática (ESD): Suporta 1000V (modelo humano), oferecendo boa robustez operacional.

3. Descrição do Sistema de Binning

Para garantir a consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em diferentes bins. Esta série adota um sistema de binning multiparâmetro.

3.1 Binning de Temperatura de Cor e Cromaticidade

Este produto oferece seis faixas principais de CCT, do branco quente ao branco frio, seguindo as definições de faixa ENERGY STAR para 2600K-7000K.

• Modelo e Faixa de CCT:
  • T3427811C-**AA: Branco Quente (Valor Típico 2725K, Faixa 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA: Branco quente (valor típico 3045K, faixa 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA: Branco neutro (valor típico 3985K, faixa 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA: Branco Neutro (Valor típico 5028K, faixa 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA: Branco Frio (Valor típico 5665K, faixa 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA: Branco Frio (Valor típico 6530K, faixa 6020K-7040K)
• Estrutura de Binagem de Cromaticidade (Tabela 5): Cada bin de CCT (por exemplo, 27M5, 30M5) é definido por uma elipse no diagrama de cromaticidade CIE 1931. A tabela especifica as coordenadas do centro da elipse (x, y), os semieixos maior (a) e menor (b) e seu ângulo de rotação (Φ). A incerteza de medição das coordenadas cromáticas é de ±0.007.

3.2 Classificação de Fluxo Luminoso

Dentro de cada faixa de cromaticidade, os LEDs são ainda classificados com base na sua saída luminosa a 150mA.

• Código de Fluxo Luminoso: Códigos como E7, E8, E9, F1, F2 representam faixas específicas de lúmens. Por exemplo, na classificação cromática 27M5:
  • Código E7: 54 lm (mínimo) a 58 lm (máximo)
  • Código E8: 58 lm a 62 lm
  • Código E9: 62 lm a 66 lm
• Os códigos de fluxo luminoso disponíveis variam conforme a classificação de cromaticidade; geralmente, classificações de CCT mais altas oferecem códigos de fluxo luminoso mais elevados (por exemplo, até F2: 70-72 lm).

3.3 Classificação de Tensão Direta

Os LEDs também são agrupados de acordo com sua queda de tensão direta, para simplificar o projeto do acionamento e garantir um comportamento consistente das strings de LEDs quando conectadas em série.

• Código de tensão:
  • Código 1: VF = 2.8V a 3.0V
  • Código 2: VF = 3.0V a 3.2V
  • Código 3: VF = 3.2V a 3.4V
• A tolerância de medição do VF é de ±0.1V.

4. Análise da Curva de Desempenho

Os gráficos fornecidos oferecem insights cruciais sobre o comportamento do LED sob diferentes condições de operação.

4.1 Característica IV e Fluxo Luminoso Relativo

Figura 3 (IF vs. Fluxo Luminoso Relativo): Mostra a relação entre a corrente de acionamento e a saída de luz. O fluxo luminoso aumenta de forma sublinear com a corrente. Embora acionar com correntes mais altas (por exemplo, 240mA) gere mais luz total, a eficácia luminosa (lúmens por watt) geralmente diminui devido ao aumento das perdas térmicas e elétricas. O projetista deve equilibrar os requisitos de saída com a eficácia luminosa e a carga térmica.

Figura 4 (IF vs. VF): Ilustra a curva IV do diodo. A tensão direta aumenta com o aumento da corrente. Esta curva é crucial para calcular a dissipação de potência (PD = IF * VF) em qualquer ponto de operação, o que impacta diretamente o projeto térmico.

4.2 Dependência da Temperatura

Figura 6 (Ta vs. Fluxo Luminoso Relativo): Demonstra o impacto negativo do aumento da temperatura ambiente/do ponto de solda na saída de luz. Quando a temperatura sobe de 25°C para 85°C, o fluxo luminoso pode diminuir aproximadamente 20-30%. Isso enfatiza a necessidade de um projeto térmico eficaz do PCB e de dissipadores de calor.

Figura 7 (Ta versus Tensão Direta): Mostra que a tensão direta diminui linearmente com o aumento da temperatura (aproximadamente -2mV/°C para um LED InGaN típico). Esta característica pode às vezes ser usada para estimar a temperatura de junção.

Figura 8 (IF máximo versus Temperatura Ambiente): Uma curva de derating crucial. É necessário reduzir a corrente direta contínua máxima permitida à medida que a temperatura ambiente aumenta, para evitar exceder a temperatura de junção máxima (115°C). Por exemplo, a uma temperatura ambiente de 85°C, a corrente máxima permitida é significativamente inferior a 240mA.

4.3 Comportamento Espectral e Cromático

Figura 1 (Distribuição Espectral): Espectro típico de um LED branco, composto por um chip azul e fósforo. Este gráfico mostra o pico de luz azul do chip e a emissão mais ampla do fósforo amarelo. A forma exata determina o CCT e o CRI.

Figura 5 (Deslocamento de Ta vs. CIE x, y): Traça como as coordenadas de cromaticidade variam com a temperatura sob corrente constante. As coordenadas se deslocam ao longo de uma trajetória específica. Compreender esse deslocamento é crucial para aplicações que exigem estabilidade de cor rigorosa em uma faixa de temperaturas.

Figura 2 (Distribuição do Ângulo de Visão): Confirmou-se o padrão de emissão quase-Lambertiana associado ao ângulo de visão de 110 graus, mostrando a variação da intensidade em relação ao ângulo central.

5. Guia de Aplicação e Considerações de Projeto

5.1 Gerenciamento Térmico

Este é o fator mais importante para garantir desempenho e vida útil.

• Projeto de PCB: Utilize uma placa de substrato metálico (MCPCB) ou uma placa FR4 padrão com vias térmicas suficientes sob o thermal pad do LED para conduzir o calor para fora do ponto de solda.
• Cálculo da temperatura de junção: Monitore e controle Tj continuamente. Pode ser estimado: Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), onde Tsp é a temperatura medida no ponto de solda. Mantenha Tj sempre abaixo de 115°C e, para uma vida útil mais longa, preferencialmente bem abaixo deste valor.
• Seguir a curva de derating: Cumprir rigorosamente a curva de corrente máxima versus temperatura ambiente (Figura 8).

5.2 Acionamento Elétrico

• Acionamento de Corrente Constante: Utilize sempre um driver LED de corrente constante. Devido ao coeficiente de temperatura negativo do VF, o uso de acionamento por tensão constante levará a fuga térmica e falha.
• Seleção de Corrente: Embora os LEDs possam lidar com correntes de até 240mA, operar em correntes de teste de 150mA ou menos geralmente oferece o melhor equilíbrio entre eficiência luminosa, vida útil e carga térmica. Use as curvas na Figura 3 para selecionar a corrente apropriada correspondente à saída de luz desejada.
• Configuração Série/Paralelo: Ao conectar múltiplos LEDs em série, certifique-se de que a tensão de compliance do driver seja suficiente para a soma da VF da string. Para strings em paralelo, use limitação de corrente separada ou faça uma correspondência cuidadosa dos bins de VF para evitar desequilíbrio de corrente.

5.3 Projeto Óptico

• O amplo ângulo de visão de 110 graus é adequado para aplicações que requerem iluminação ampla sem a necessidade de ópticas secundárias. Para um feixe focalizado, será necessária uma lente ou refletor apropriado.
• Ao misturar LEDs de diferentes lotes de produção, considere a classificação cromática para manter a uniformidade de cor dentro do luminário.

5.4 Soldagem e Operação

• Soldagem por Refluxo: Compatível com perfis padrão de soldagem por refluxo sem chumbo com temperatura de pico de 230°C ou 260°C e duração não superior a 10 segundos. Siga as taxas recomendadas de aquecimento, estabilização térmica e resfriamento da curva para evitar tensões no encapsulamento.
• Medidas de Prevenção contra ESD: Embora classificado para 1000V HBM, as medidas padrão de prevenção contra ESD (estação de trabalho aterrada, pulseira antiestática) devem ser seguidas durante a operação e montagem.
• Armazenamento: Armazenar em ambiente seco e controlado, dentro da faixa de temperatura especificada (-40°C a +85°C).

6. Comparação Técnica e Diferenciação

Embora a folha de dados não forneça uma comparação lado a lado direta com componentes específicos da concorrência, as principais vantagens de diferenciação deste encapsulamento 3020 EMC podem ser inferidas:

• Comparação entre EMC e encapsulamento plástico (PPA/PCT): Em comparação com plásticos padrão, o encapsulamento EMC oferece desempenho térmico superior e maior resistência ao amarelecimento/escurecimento sob alta temperatura e exposição à luz UV. Isso se traduz em melhor manutenção do fluxo luminoso (vida útil L70/L90) e estabilidade de cor ao longo do tempo.
• Densidade de potência: Capaz de operar de forma confiável até 0,8W no encapsulamento 3020, oferece maior densidade de potência do que muitos LEDs de média potência tradicionais, podendo reduzir o número de LEDs necessários para uma determinada saída de lúmens.
• Binning abrangente: O binning multiparâmetro (cromaticidade, fluxo luminoso, tensão) fornece aos fabricantes uma ferramenta para alcançar alta consistência de cor e brilho em seus produtos finais, um requisito fundamental para luminárias de alta qualidade.

7. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Pergunta: Posso acionar este LED continuamente na corrente máxima de 240mA?
Resposta: Sim, desde que você possa garantir que a temperatura de junção (Tj) permaneça abaixo de 115°C. Isso requer uma gestão térmica excepcional (baixa resistência térmica da junção ao ambiente). Para a maioria dos projetos práticos, recomenda-se operar em uma corrente mais baixa (por exemplo, 150mA) para obter a melhor eficiência luminosa e confiabilidade.

Pergunta: Qual é o consumo real de energia no ponto de operação típico?
Resposta: Com IF=150mA e VF=3.4V (valores típicos), a potência elétrica de entrada é P = 0.15A * 3.4V = 0.51W (510mW). A diferença entre este valor e a classificação máxima de dissipação de potência (816mW) constitui a margem de projeto térmico.

Pergunta: Como interpretar o código de classificação "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2"?
Resposta: Isto especifica um LED com cor branca neutra (5028K típico, classificação 50M5), fluxo luminoso na faixa F1 (66-70 lm a 150mA) e tensão direta código 2 (3.0V-3.2V). Os "**" no número do modelo podem representar um código específico de fluxo luminoso/tensão.

Pergunta: Por que a saída de luz diminui com o aumento da temperatura?
Resposta: Duas razões principais: 1) A eficiência quântica interna do chip semicondutor diminui em temperaturas mais altas. 2) A eficiência de conversão da camada de fósforo diminui e pode ocorrer extinção térmica. Um resfriamento eficaz pode mitigar essa queda.

Pergunta: É necessário um dissipador de calor?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O LED 3020 é uma fonte de luz de estado sólido baseada na física dos semicondutores. O componente central é um chip feito de material de nitreto de índio e gálio (InGaN). Quando uma tensão direta superior à tensão de limiar do diodo é aplicada, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa do chip, liberando energia na forma de fótons. Neste LED branco, o chip emite principalmente luz azul. Uma camada de fósforo (geralmente YAG dopado com cério) é depositada sobre o chip. Parte da luz azul é absorvida pelo fósforo e reemitida como luz amarela. A luz azul remanescente combinada com a luz amarela convertida produz a percepção visual da luz branca. A proporção exata entre luz azul e amarela e a composição específica do fósforo determinam a temperatura de cor correlacionada (CCT) e as características de reprodução de cor (CRI) da luz branca emitida. A função do encapsulamento EMC é proteger o delicado chip semicondutor e o fósforo, fornecer estabilidade mecânica, formar a lente óptica primária e, acima de tudo, fornecer um caminho eficaz para a condução de calor da junção de alta temperatura.

9. Tendências Tecnológicas

A área de LEDs de média potência, representada por encapsulamentos como o 3020, continua a se desenvolver. As principais tendências do setor relacionadas a este produto incluem:

• Eficiência luminosa em constante aumento: Melhorias contínuas em epitaxia de chips, tecnologia de fósforos e design de encapsulamento impulsionam constantemente o aumento de lúmens por watt, reduzindo assim o consumo de energia para a mesma saída luminosa.
• Qualidade e Consistência de Cor Aprimoradas: 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• Confiabilidade e Vida Útil Aprimoradas: Foco no aprimoramento de materiais (como EMC) e processos de fabricação para aumentar a resistência ao estresse térmico, umidade e degradação luminosa, prolongando assim a vida útil L90.
• Miniaturização e Maior Densidade de Potência: A tendência é integrar mais saída de luz em encapsulamentos menores (por exemplo, de 3528 para 3030 e depois para 2835, ou lidar com maior potência no mesmo tamanho), impulsionada pela demanda por luminárias menores e mais elegantes.
• Iluminação Inteligente e Dimmável: Embora este seja um LED de luz branca padrão, o mercado mais amplo está evoluindo para LEDs capazes de ajustar dinamicamente o CCT (luz branca ajustável) ou integrar eletrônica de controle, embora essas funcionalidades sejam tipicamente implementadas no nível do módulo ou sistema, e não no nível do encapsulamento de chip único.

A série de LEDs 3020 EMC se posiciona neste cenário em evolução como uma "cavalo de batalha" maduro, econômico e confiável, atendendo às necessidades centrais da iluminação geral com sua base técnica sólida.