Ficha Técnica do LED de Potência Média 3020 - Dimensões 3.0x2.0mm - Tensão 6.6V - Potência 0.5W - Branco Frio/Neutro/Quente - Documentação Técnica em Português

Visão Geral do Produto

A série 3020 representa uma solução de LED de potência média projetada para aplicações de iluminação geral, oferecendo um equilíbrio ideal entre eficiência luminosa, custo-benefício e confiabilidade. Alojado em um encapsulamento de Composto de Moldagem Epóxi Termicamente Aprimorado (EMC), este LED é projetado para oferecer desempenho consistente em uma pegada compacta de 3.0mm x 2.0mm. A série é caracterizada por suas altas relações lúmen-por-watt e lúmen-por-dólar, tornando-a uma escolha atraente para projetos de iluminação sensíveis ao custo, mas orientados ao desempenho.

O posicionamento central deste produto está dentro dos mercados de retrofit e novas construções para iluminação geral, incluindo aplicações internas e externas. Suas principais vantagens derivam do material de encapsulamento EMC, que oferece gerenciamento térmico superior em comparação com plásticos tradicionais, permitindo correntes de acionamento mais altas e maior longevidade. O LED é classificado para uma potência nominal de 0.5W, mas pode ser acionado até 0.8W sob condições térmicas apropriadas, proporcionando flexibilidade de projeto.

O mercado-alvo abrange uma ampla gama de segmentos de iluminação: substituições diretas para lâmpadas incandescentes e fluorescentes tradicionais em projetos de retrofit, fontes de luz primárias para iluminação geral residencial e comercial, retroiluminação para sinalização e iluminação arquitetônica ou decorativa onde a qualidade da cor e a confiabilidade são fundamentais.

Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Características Fotométricas e de Cor

O desempenho eletro-óptico é especificado sob condições padrão de teste de 25°C de temperatura ambiente e 60% de umidade relativa a uma corrente de acionamento de 80mA. A família de produtos oferece opções de Temperatura de Cor Correlata (CCT) que variam do Branco Quente (2725K) ao Branco Frio (7040K), detalhadas na tabela de seleção de produtos. Todas as variantes mantêm um Índice de Reprodução de Cor (IRC ou Ra) mínimo de 80, garantindo boa fidelidade de cor para iluminação geral. Os valores típicos de fluxo luminoso variam de 54 lúmens a 66 lúmens a 80mA, dependendo do bin de CCT. É fundamental observar as tolerâncias de medição declaradas: ±7% para fluxo luminoso e ±2 para IRC. A CCT é derivada do diagrama de cromaticidade CIE 1931.

Parâmetros Elétricos e Térmicos

Os principais parâmetros elétricos definem a faixa operacional do LED. A tensão direta típica (VF) é de 6.6V a 80mA, com uma tolerância de ±0.1V. A corrente direta máxima absoluta é de 120mA, com uma classificação de corrente pulsada (IFP) de 200mA para pulsos ≤100µs e um ciclo de trabalho ≤1/10. A dissipação de potência máxima (PD) é especificada como 816mW. A capacidade de suporte à tensão reversa (VR) é de 5V.

O desempenho térmico é crucial para a confiabilidade. A resistência térmica da junção ao ponto de solda (RθJ-SP) é tipicamente 21°C/W. Este parâmetro liga diretamente a temperatura de junção operacional à temperatura da placa. A temperatura máxima permitida da junção (Tj) é de 115°C. O dispositivo apresenta um amplo ângulo de visão (2θ1/2) de 110 graus, proporcionando uma distribuição de luz ampla e uniforme. A proteção contra descarga eletrostática (ESD) está em conformidade com o Modelo do Corpo Humano (HBM) até 1000V.

Especificações Máximas Absolutas

A adesão às Especificações Máximas Absolutas é inegociável para a confiabilidade do dispositivo. Exceder esses limites pode causar danos permanentes. As especificações são: Corrente Direta (IF): 120mA; Corrente Direta Pulsada (IFP): 200mA; Dissipação de Potência (PD): 816mW; Tensão Reversa (VR): 5V; Temperatura de Operação (Topr): -40°C a +85°C; Temperatura de Armazenamento (Tstg): -40°C a +85°C; Temperatura da Junção (Tj): 115°C; Temperatura de Soldagem (Tsld): 230°C ou 260°C por 10 segundos (dependendo do perfil de refluxo).

Explicação do Sistema de Binning

Binning de Cor / CCT

Os LEDs são classificados em bins de cor precisos para garantir consistência dentro de um luminário. A estrutura de binning para coordenadas de cor segue um sistema elíptico no diagrama de cromaticidade CIE 1931. Cada bin (por exemplo, 27M5, 30M5) é definido por um ponto central (coordenadas x, y), semi-eixo maior (a), semi-eixo menor (b) e um ângulo de rotação (Φ). O sistema está alinhado com os requisitos do programa Energy Star para a faixa de 2600K a 7000K. A incerteza de medição para coordenadas de cor é de ±0.007. Este binning rigoroso minimiza as diferenças de cor visíveis entre LEDs individuais em uma matriz.

Binning de Fluxo Luminoso

Para gerenciar a uniformidade de brilho, os LEDs também são classificados de acordo com sua saída de fluxo luminoso a 80mA. O fluxo é categorizado em códigos (E7, E8, E9, F1), cada um representando uma faixa específica de lúmens (por exemplo, E8: 58-62 lm, E9: 62-66 lm, F1: 66-70 lm). O bin de fluxo aplicável para um determinado LED depende do seu bin de cor. Este binning bidimensional (cor e fluxo) permite que os projetistas selecionem LEDs que atendam tanto aos requisitos de cromaticidade quanto de brilho de sua aplicação.

Binning de Tensão Direta

A tensão direta é classificada em três bins para auxiliar no projeto do driver e no casamento de corrente em strings paralelas. Os bins são: Código C (5.5V - 6.0V), Código D (6.0V - 6.5V) e Código E (6.5V - 7.0V), medidos a 80mA com uma tolerância de ±0.1V. Selecionar LEDs do mesmo bin de tensão pode ajudar a garantir uma distribuição de corrente e desempenho térmico mais uniformes em sistemas com múltiplos LEDs.

Análise de Curvas de Desempenho

A ficha técnica fornece vários gráficos-chave para análise de projeto. O gráfico de Distribuição Espectral Relativa mostra o espectro de emissão, típico de um LED branco convertido por fósforo, com um pico de bombeamento azul e uma ampla emissão de fósforo amarelo. A Distribuição do Ângulo de Visão confirma o padrão de emissão tipo Lambertiano com o meio-ângulo de 110 graus.

As Características de Corrente Direta são críticas. A curva IF vs. Fluxo Luminoso Relativo mostra que a saída de luz aumenta sublinearmente com a corrente, com a eficácia tipicamente diminuindo em correntes mais altas devido ao aumento do calor e ao "droop". A curva Tensão Direta vs. Corrente Direta (IV) é essencial para o projeto do driver, mostrando a relação exponencial V-I do diodo.

As características de temperatura são vitais para o desempenho no mundo real. O gráfico de Temperatura Ambiente (Ta) vs. Fluxo Luminoso Relativo ilustra a depreciação da saída de luz à medida que a temperatura ambiente (e consequentemente da junção) aumenta. A curva Ta vs. Tensão Direta mostra o coeficiente de temperatura negativo da VF. O gráfico de Temperatura da Junção, plotando Ta contra fluxo relativo e tensão direta, esclarece ainda mais essas dependências térmicas. Talvez o mais importante, a curva de Derating de Corrente Direta Máxima vs. Temperatura Ambiente dita a corrente operacional segura máxima em temperaturas ambientes elevadas para evitar exceder a Tj máxima de 115°C.

O Diagrama de Cromaticidade CIE representa visualmente os bins de cor (27M5, 30M5, etc.) como elipses no lócus do corpo negro, fornecendo uma referência clara para seleção de cor e limites de binning.

Informações Mecânicas e de Embalagem

O LED utiliza um encapsulamento de dispositivo de montagem em superfície (SMD) com dimensões de aproximadamente 3.0mm de comprimento e 2.0mm de largura. O desenho mecânico fornece dimensões detalhadas, incluindo espaçamento dos terminais, altura do componente e geometria dos terminais de solda. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância não definida de ±0.2mm. O desenho é apresentado em escala 1:1 para referência precisa. O encapsulamento apresenta dois terminais de ânodo e dois de cátodo, facilitando a formação robusta da junta de solda e melhorando a condução térmica para a PCB. A polaridade está claramente marcada no próprio encapsulamento, tipicamente com um indicador de cátodo, como um entalhe ou uma marcação verde.

Diretrizes de Soldagem e Montagem

O componente é adequado para processos de soldagem por refluxo sem chumbo. A temperatura máxima de soldagem é especificada como 230°C ou 260°C de pico por uma duração de 10 segundos, dependendo do perfil de refluxo específico utilizado (por exemplo, solda SnAgCu). É imperativo seguir um perfil de refluxo recomendado com taxas controladas de aquecimento e resfriamento para minimizar o choque térmico e evitar rachaduras ou delaminação do encapsulamento. O nível de sensibilidade à umidade (MSL) não é explicitamente declarado no conteúdo fornecido, mas para encapsulamentos EMC, geralmente é recomendado assar os componentes se eles foram expostos a condições ambientes por longos períodos antes do refluxo para evitar o "efeito pipoca". O armazenamento deve ser em um ambiente seco e controlado dentro da faixa de temperatura especificada de -40°C a +85°C.

Recomendações de Aplicação

Cenários de Aplicação Típicos

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

Considerações de Projeto

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs de potência média tradicionais em encapsulamentos PPA (Poliftalamida) ou PCT (Tereftalato de Policiclohexilenodimetileno), o diferencial-chave desta série 3020 EMC é seu desempenho térmico superior. O material EMC tem maior condutividade térmica e pode suportar temperaturas de junção mais altas sem amarelar ou degradar. Isso permite:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

Estudo de Caso de Projeto e Uso

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

Os LEDs seriam montados em uma MCPCB de alumínio. A potência total do sistema seria aproximadamente 24 * 0.528W = ~12.7W. Um driver de corrente constante com saída de 80mA e uma faixa de tensão cobrindo 24 LEDs em série (24 * ~6.6V = ~158V) seria selecionado. Uma simulação térmica seria realizada para garantir que o projeto da MCPCB mantenha a temperatura do ponto de solda do LED suficientemente baixa para manter >90% da saída de lúmens inicial na temperatura operacional nominal do luminário. Ao especificar todos os LEDs do bin de cor 40M5 e um único bin de fluxo (por exemplo, F1), seria alcançada excelente uniformidade de cor e brilho em todo o painel.

Introdução ao Princípio de Funcionamento

Este é um LED branco convertido por fósforo. A operação fundamental envolve um chip semicondutor, tipicamente feito de nitreto de gálio e índio (InGaN), que emite luz azul quando polarizado diretamente (eletroluminescência). Esta luz azul é parcialmente absorvida por uma camada de fósforo de granada de ítrio e alumínio dopada com cério (YAG:Ce) depositada sobre o chip. O fósforo converte uma parte dos fótons azuis em um amplo espectro de luz amarela. A combinação da luz azul remanescente e da luz amarela emitida resulta na percepção de luz branca. A Temperatura de Cor Correlata (CCT) exata é controlada variando a composição e espessura do fósforo. O encapsulamento EMC serve para proteger o delicado chip semicondutor e o fósforo, fornecer estrutura mecânica e, mais importante, oferecer um caminho primário para a condução de calor da junção para os terminais de solda e a placa de circuito impresso.

Tendências Tecnológicas

O segmento de LED de potência média, particularmente com encapsulamento EMC, continua a evoluir. As principais tendências observáveis neste produto e no mercado em geral incluem:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

O LED EMC 3020 está firmemente posicionado dentro dessas tendências, oferecendo uma plataforma termicamente robusta, eficiente e com bom custo-benefício para a geração atual de soluções de iluminação geral.