Ficha Técnica LED 3020 Mid-Power - Dimensões 3.0x2.0mm - Tensão 3.4V - Potência 0.5W - Branco Frio/Neutro/Quente - Documento Técnico em Português

Visão Geral do Produto

A série 3020 representa uma solução LED mid-power de alto desempenho projetada para aplicações de iluminação geral. Utilizando um encapsulamento de Composto de Moldagem Epóxi Termicamente Aprimorado (EMC), este LED oferece um excelente equilíbrio entre eficácia luminosa, confiabilidade e custo-benefício. O posicionamento principal deste produto está nos mercados de retrofit e iluminação geral, visando aplicações onde tanto a alta produção de luz por dólar quanto a boa qualidade de cor são fundamentais. Suas principais vantagens incluem uma das melhores relações lúmen-por-watt e lúmen-por-dólar da sua categoria, um encapsulamento robusto capaz de suportar até 0,8W e um alto índice de reprodução de cor (CRI) de 80 ou superior. O mercado-alvo abrange uma ampla gama de soluções de iluminação, desde substituições diretas de lâmpadas tradicionais até iluminação arquitetônica e decorativa.

Análise Aprofundada de Parâmetros Técnicos

Características Fotométricas e Ópticas

O desempenho eletro-óptico é especificado na condição de teste padrão de corrente direta (IF) de 150mA e temperatura ambiente (Ta) de 25°C. A família de produtos oferece Temperaturas de Cor Correlacionadas (CCT) que variam do Branco Quente (2580K-3220K) ao Branco Frio (5310K-7040K). Para uma variante típica de Branco Neutro (por exemplo, T3450811C), o fluxo luminoso pode atingir até 68 lúmens. Uma característica fundamental é o índice de reprodução de cor (CRI ou Ra) mínimo garantido de 80 em todos os bins, assegurando boa fidelidade de cor. A distribuição espacial da luz é caracterizada por um ângulo de visão amplo (2θ1/2) de 110 graus, proporcionando iluminação uniforme. É importante observar as tolerâncias de medição especificadas: ±7% para fluxo luminoso e ±2 para CRI.

Parâmetros Elétricos e Térmicos

As características elétricas definem os limites operacionais. A tensão direta típica (VF) é de 3,4V a 150mA, com uma tolerância de ±0,1V. As especificações máximas absolutas são críticas para um projeto confiável: a corrente direta contínua máxima (IF) é de 240mA, sendo permitida uma corrente pulsada (IFP) de 300mA sob condições específicas (largura de pulso ≤ 100µs, ciclo de trabalho ≤ 1/10). A dissipação de potência máxima (PD) é de 816mW. O gerenciamento térmico é facilitado por uma baixa resistência térmica (Rth j-sp) de 21°C/W (junção ao ponto de solda), essencial para manter o desempenho e a longevidade. A temperatura máxima permitida na junção (Tj) é de 115°C.

Explicação do Sistema de Binning

Binning de Comprimento de Onda / Temperatura de Cor

A consistência de cor do LED é controlada por uma estrutura de binning precisa baseada no diagrama de cromaticidade CIE 1931. O sistema utiliza bins elípticos definidos por um ponto central (coordenadas x, y), semi-eixo maior (a), semi-eixo menor (b) e ângulo de rotação (Φ). Por exemplo, o bin 40M5 para Branco Neutro tem um centro em (0,3825, 0,3798). O binning para temperaturas de cor entre 2600K e 7000K segue o padrão Energy Star, garantindo uma consistência de cor rigorosa para aplicações que requerem luz branca uniforme. A incerteza de medição para as coordenadas de cor é de ±0,007.

Binning de Fluxo Luminoso

A saída luminosa também é categorizada em bins para garantir o desempenho. Cada bin de cor (por exemplo, 27M5, 30M5) é subdividido em classificações de fluxo luminoso identificadas por códigos como E7, E8, F1, etc. Por exemplo, dentro do bin de cor 30M5, um LED com código de fluxo F1 terá um fluxo luminoso entre 66 e 70 lúmens a 150mA. Isso permite que os projetistas selecionem LEDs com saída de luz previsível para as necessidades específicas de sua aplicação.

Binning de Tensão Direta

Para auxiliar no projeto do circuito e no casamento de corrente, especialmente em matrizes com múltiplos LEDs, a tensão direta é classificada em três categorias: Código 1 (2,8V - 3,0V), Código 2 (3,0V - 3,2V) e Código 3 (3,2V - 3,4V). Isso ajuda a prever os requisitos da fonte de alimentação e a gerenciar as cargas térmicas de forma mais eficaz.

Análise de Curvas de Desempenho

Características Corrente-Tensão (I-V) e Corrente-Fluxo Luminoso (I-Φ)

A Figura 3 ilustra a relação entre a corrente direta e o fluxo luminoso relativo. A saída é quase linear até a corrente operacional recomendada, mostrando boa eficiência. A Figura 4 mostra a curva de tensão direta versus corrente, essencial para o projeto do driver. O coeficiente de temperatura positivo da tensão é evidente, o que significa que VF diminui à medida que a temperatura aumenta, um comportamento típico dos LEDs.

Dependência da Temperatura

A variação de desempenho com a temperatura é um fator crítico de projeto. A Figura 6 mostra que o fluxo luminoso relativo diminui à medida que a temperatura ambiente (Ta) aumenta, destacando a importância do gerenciamento térmico para manter a saída de luz. A Figura 7 demonstra a diminuição da tensão direta com o aumento da temperatura. A Figura 8 fornece uma curva de derating para a corrente direta máxima permitida com base na temperatura ambiente, crucial para garantir a confiabilidade sob diferentes condições operacionais.

Distribuição Espectral e Angular

A Figura 1 fornece a distribuição espectral de potência relativa, que define a qualidade da cor e a CCT. A Figura 2 descreve a distribuição do ângulo de visão (padrão de radiação espacial), confirmando o amplo ângulo de feixe de 110 graus para iluminação uniforme.

Desvio de Cor com a Temperatura

A Figura 5 traça o desvio nas coordenadas de cromaticidade CIE x, y com o aumento da temperatura ambiente (de 25°C a 85°C). Esta informação é vital para aplicações onde a estabilidade da cor em função da temperatura é um requisito.

Diretrizes de Soldagem e Montagem

O LED é compatível com processos de soldagem por refluxo sem chumbo. A especificação máxima absoluta para a temperatura de soldagem é de 230°C ou 260°C por uma duração máxima de 10 segundos. É imperativo seguir o perfil de refluxo recomendado para evitar danos térmicos ao encapsulamento EMC e ao chip interno. A faixa de temperatura de operação é de -40°C a +85°C, e a faixa de temperatura de armazenamento é idêntica. Deve-se tomar cuidado para não exceder as especificações máximas absolutas durante a operação, pois isso pode causar danos irreversíveis ao LED.

Recomendações de Aplicação

Cenários de Aplicação Típicos

A ficha técnica identifica várias aplicações-chave: retrofit de lâmpadas tradicionais (como incandescentes ou CFL), iluminação geral interna e externa, retroiluminação para placas de sinalização internas/externas e iluminação arquitetônica/decorativa. A combinação de alta eficácia, bom CRI e amplo ângulo de feixe o torna adequado para esses diversos usos.

Considerações de Projeto

Os projetistas devem prestar muita atenção ao gerenciamento térmico. Utilizando o valor de resistência térmica fornecido (21°C/W), um dissipador de calor adequado deve ser calculado para manter a temperatura da junção abaixo de 115°C nas piores condições operacionais. A curva de derating para corrente (Fig. 8) deve ser seguida para aplicações em alta temperatura ambiente. Para uma saída de luz constante, recomenda-se um driver de corrente constante em vez de um driver de tensão constante. Ao projetar matrizes com múltiplos LEDs, considere usar LEDs dos mesmos bins de tensão e fluxo para garantir uniformidade de brilho e compartilhamento de corrente.

Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado aos LEDs mid-power tradicionais em encapsulamentos plásticos, o encapsulamento EMC oferece um desempenho térmico significativamente melhor, permitindo correntes de acionamento e dissipação de potência mais altas (até 0,8W) mantendo a confiabilidade. Isso se traduz em uma maior saída de lúmens de um encapsulamento de tamanho similar. O CRI garantido de 80+ oferece uma vantagem competitiva em aplicações onde a qualidade da cor é importante, em comparação com ofertas padrão com CRI mais baixo. O amplo ângulo de visão de 110 graus é vantajoso para aplicações que requerem iluminação ampla e uniforme sem ópticas secundárias.

Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

Caso de Uso Prático

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

Introdução ao Princípio de Funcionamento

Diodos Emissores de Luz (LEDs) são dispositivos semicondutores que emitem luz por eletroluminescência. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa, liberando energia na forma de fótons. O comprimento de onda (cor) da luz emitida é determinado pela energia da banda proibida dos materiais semicondutores utilizados. A luz branca neste LED é tipicamente gerada usando um chip semicondutor emissor de azul revestido com uma camada de fósforo. Parte da luz azul é convertida pelo fósforo em comprimentos de onda mais longos (amarelo, vermelho), e a mistura da luz azul com a luz convertida pelo fósforo aparece branca para o olho humano. O encapsulamento EMC serve para proteger o chip semicondutor e os fios de ligação, fornecer uma lente óptica primária e, mais importante, oferecer um caminho para a condução eficiente de calor para longe da junção.

Tendências Tecnológicas

O segmento de LEDs mid-power continua a evoluir em direção a maior eficácia (lúmens por watt) e maior confiabilidade a um custo menor. As principais tendências incluem a adoção de materiais de encapsulamento mais robustos, como EMC e cerâmica, para permitir temperaturas e correntes operacionais mais altas, levando a uma maior densidade de lúmens. Há um esforço contínuo para melhorar a tecnologia de fósforos para alcançar valores mais altos de Índice de Reprodução de Cor (CRI) e uma qualidade de cor mais consistente entre lotes. Além disso, a integração de múltiplos chips em um único encapsulamento (COB - Chip-on-Board ou mid-power multi-die) é uma tendência para simplificar a montagem e reduzir os custos do sistema para aplicações de alto lúmen. A busca pela iluminação inteligente também está influenciando o design dos LEDs, com foco na compatibilidade com protocolos de dimerização e sistemas de branco ajustável.