Ficha Técnica do LED de Média Potência 3020 - 3.0x2.0mm - 19V Tip. - 0.6W - Branco Frio/Neutro/Quente - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

A série 3020 representa uma família de LEDs de média potência que utiliza um encapsulamento em Composto de Moldagem Epóxi Termicamente Aprimorado (EMC). Este projeto foi concebido para oferecer um equilíbrio ideal entre eficácia luminosa (lúmens por watt) e custo-benefício (lúmens por dólar), tornando-a uma escolha atraente para uma ampla gama de aplicações de iluminação geral. A série é caracterizada por sua pegada compacta de 3.0mm x 2.0mm e é classificada para uma dissipação de potência típica de 0.6W, com uma potência máxima permitida de 0.8W sob condições especificadas.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

Os principais benefícios desta série de LED derivam do seu encapsulamento EMC e otimizações de projeto. O material EMC oferece resistência térmica superior e confiabilidade de longo prazo em comparação com plásticos tradicionais, permitindo desempenho estável em temperaturas operacionais mais elevadas. Características-chave incluem uma corrente direta máxima de 40mA, um Índice de Reprodução de Cor (IRC) mínimo de 80 para alta qualidade de cor e compatibilidade com processos de soldagem por refluxo sem chumbo. Esses atributos tornam a série ideal para lâmpadas de retrofit, iluminação geral interna e externa, retroiluminação para sinalização e luminárias arquitetônicas ou decorativas, onde a combinação de eficiência, confiabilidade e qualidade de cor é primordial.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

Esta seção fornece uma interpretação detalhada e objetiva dos principais parâmetros de desempenho especificados na ficha técnica. Compreender estes valores é crítico para o projeto adequado do circuito e gerenciamento térmico.

2.1 Características Eletro-Ópticas

O desempenho eletro-óptico é medido sob condições padrão de teste de I_F= 30mA, T_a= 25°C e 60% de umidade relativa. O fluxo luminoso é fornecido para duas temperaturas críticas: a temperatura ambiente (T_a=25°C) e a temperatura do ponto de solda (T_s=85°C). Esta última é um indicador mais realista do desempenho em uma aplicação real onde o LED está montado em uma placa. Por exemplo, um bin típico de branco frio (65R6) fornece 72 lúmens em T_a=25°C, mas 62 lúmens em T_s=85°C, destacando a importância do projeto térmico. A ficha técnica observa uma tolerância de ±7% nas medições de fluxo luminoso e uma tolerância de ±2 nas medições de IRC (Ra).

2.2 Parâmetros Elétricos e Térmicos

A tensão direta (V_F) tem um valor típico de 19V a 30mA, com uma tolerância especificada de ±0.3V. O ângulo de visão (2Θ1/2) é amplo, de 120 graus, definido como o ângulo fora do eixo onde a intensidade luminosa cai para metade do seu valor de pico. Um parâmetro térmico crítico é a resistência térmica junção-ponto de solda (R_{th j-sp}), especificada em um valor típico de 22 °C/W. Este valor quantifica a eficácia com que o calor flui da junção do semicondutor para o ponto de solda; um valor mais baixo indica melhor dissipação de calor. O nível de resistência à descarga eletrostática (ESD) é de 1000V (Modelo do Corpo Humano), que é um nível padrão para LEDs de média potência.

2.3 Especificações Absolutas Máximas

Estas especificações definem os limites de estresse além dos quais danos permanentes podem ocorrer. Eles não devem ser excedidos sob quaisquer condições de operação. Os limites principais incluem: uma corrente direta contínua (I_F) de 40mA, uma corrente direta de pulso (I_FP) de 60mA (para pulsos ≤ 100µs, ciclo de trabalho ≤ 1/10), uma dissipação de potência máxima (P_D) de 840mW e uma temperatura máxima de junção (T_j) de 125°C. A faixa de temperatura de operação e armazenamento é de -40°C a +105°C. O perfil de temperatura de soldagem permite um pico de 230°C ou 260°C por no máximo 10 segundos.

3. Explicação do Sistema de Binning

Para garantir consistência de cor e brilho na produção, os LEDs são classificados em bins. Esta série emprega um sistema abrangente de binning baseado nas diretrizes Energy Star para a faixa de 2600K a 7000K.

3.1 Temperatura de Cor Correlata (CCT) e Binning de Cromaticidade

A tabela de seleção de produto lista seis grupos principais de CCT, desde Branco Quente (2725K, 3045K) até Branco Frio (6530K). Cada grupo de CCT tem um código de bin de cor correspondente (ex.: 27R5, 65R6). A Tabela 5 e a Figura 9 detalham a estrutura do bin de cromaticidade no diagrama CIE 1931. Cada bin é definido por uma área elíptica com uma coordenada central específica (x, y) a 25°C e 85°C, juntamente com os raios dos eixos maior/menor (a, b) e um ângulo (Φ). A incerteza de medição para as coordenadas de cor é de ±0.007.

3.2 Binning de Fluxo Luminoso

Dentro de cada bin de cromaticidade, os LEDs são ainda classificados pelo seu fluxo luminoso de saída a 30mA. A Tabela 6 define as classificações de fluxo. Por exemplo, dentro do bin de cor 65R6, os LEDs estão disponíveis nos códigos de fluxo F1 (66-70 lm mín.), F2 (70-74 lm mín.) e F3 (74-78 lm mín.), todos medidos em T_a=25°C. Este binning bidimensional (cor + fluxo) permite que os projetistas selecionem LEDs que atendam aos requisitos precisos da aplicação tanto para ponto de cor quanto para brilho.

4. Análise das Curvas de Desempenho

A ficha técnica inclui vários gráficos que ilustram o comportamento do LED sob condições variadas, os quais são essenciais para modelagem preditiva e projeto robusto.

4.1 Características IV e Fluxo Luminoso Relativo

A Figura 4 mostra a relação entre a tensão direta (V_F) e a corrente direta (I_F). A curva é relativamente linear na faixa de operação, com V_Faumentando com a corrente. A Figura 3 traça o fluxo luminoso relativo contra I_F. O fluxo aumenta de forma sublinear com a corrente; acionar o LED acima dos 30mA recomendados resultará em retornos decrescentes na saída de luz enquanto gera significativamente mais calor, potencialmente reduzindo a eficácia e a vida útil.

4.2 Dependência da Temperatura

As Figuras 6 e 7 são críticas para análise térmica. A Figura 6 mostra o fluxo luminoso relativo diminuindo linearmente à medida que a temperatura do ponto de solda (T_s) aumenta. A 125°C, a saída é aproximadamente 20% do seu valor a 25°C. A Figura 7 mostra que V_Ftambém diminui com o aumento da temperatura, uma característica típica dos diodos semicondutores. A Figura 5 ilustra a mudança nas coordenadas de cromaticidade (CIE x, y) com a temperatura, o que é importante para aplicações críticas em termos de cor.

3.3 Distribuição Espectral e Ângulo de Visão

A Figura 1 fornece uma curva típica de distribuição espectral de potência, mostrando a intensidade relativa através dos comprimentos de onda. A forma desta curva determina a CCT e o IRC. A Figura 2 descreve o padrão de radiação espacial (distribuição do ângulo de visão), confirmando o perfil de emissão tipo Lambertiano com o ângulo de visão especificado de 120 graus.

4.4 Redução de Potência por Temperatura Ambiente

A Figura 8 é uma curva de redução para a corrente direta máxima permitida com base na temperatura ambiente (T_a) e na resistência térmica do sistema (R_j-a). Por exemplo, com um sistema R_j-ade 45°C/W, a corrente máxima deve ser reduzida de 40mA em T_a=89°C para aproximadamente 22mA em T_a=105°C para evitar que a temperatura da junção exceda seu limite de 125°C. Este gráfico é essencial para determinar correntes operacionais seguras em ambientes de alta temperatura.

5. Diretrizes de Aplicação e Considerações de Projeto

5.1 Cenários de Aplicação Típicos

Devido ao seu equilíbrio entre eficácia, custo e confiabilidade, esta série de LED é bem adequada para:
- Lâmpadas de Retrofit:Substituição direta para lâmpadas incandescentes, halógenas ou fluorescentes compactas em lâmpadas, tubos e downlights.
- Iluminação Geral:Fonte de luz primária em luminárias residenciais, comerciais e industriais.
- Retroiluminação de Sinalização:Fornecendo iluminação uniforme para sinais internos e externos.
- Iluminação Arquitetônica:Iluminação de fachadas, iluminação de sancas e outras aplicações decorativas onde a qualidade da cor é importante.

5.2 Considerações Críticas de Projeto

Gerenciamento Térmico:Este é o fator mais importante para desempenho e longevidade. A baixa R_{th j-sp}de 22°C/W só é eficaz se a PCB e o dissipador de calor proporcionarem um caminho térmico de baixa resistência para o ambiente. O uso de PCBs com núcleo metálico (MCPCBs) ou placas com vias térmicas adequadas é fortemente recomendado. Sempre consulte a curva de redução (Fig. 8) para definir a corrente de acionamento.
Acionamento por Corrente:Um driver de corrente constante é obrigatório para saída de luz e cor estáveis. A corrente operacional recomendada é de 30mA, embora possa ser acionada até 40mA se as condições térmicas forem excelentes. Exceder 40mA corre o risco de danos imediatos.
Óptica:O ângulo de visão de 120 graus é adequado para muitas aplicações de iluminação geral. Para feixes mais focados, serão necessárias ópticas secundárias (lentes).
Proteção ESD:Embora classificado para 1000V HBM, as precauções padrão de manuseio ESD devem ser observadas durante a montagem e manuseio.

6. Análise Comparativa e Diferenciação Técnica

Dentro do segmento de LEDs de média potência, os principais diferenciadores desta série 3020 EMC são:
1. Capacidade de Alta Temperatura:O encapsulamento EMC permite operação sustentada em temperaturas de ponto de solda mais altas (dados fornecidos para T_s=85°C) em comparação com plásticos padrão PPA ou PCT, que podem amarelar e degradar.
2. Power Density:Densidade de Potência:
3. Com capacidade de até 0.8W em um encapsulamento de 3.0x2.0mm, oferece maior densidade de potência do que muitos LEDs de média potência tradicionais 3528 ou 2835, potencialmente reduzindo o número de LEDs necessários para uma determinada saída de lúmens.Característica de Tensão:
4. A tensão direta típica de 19V a 30mA é notável. Os projetistas devem garantir que o driver de LED esteja configurado para esta faixa de tensão mais alta em comparação com LEDs de média potência mais comuns de 3V ou 6V.Binning Abrangente:

A adesão ao binning Energy Star e o fornecimento de bins de cor e fluxo oferecem previsibilidade e consistência para produtos de iluminação de qualidade.

7. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)_sP: Por que o fluxo luminoso é menor em T_a=85°C do que em T
=25°C?_aR: T_sé a temperatura do ar ao redor do LED. T_sé a temperatura no ponto de solda, que está muito mais próxima da temperatura real da junção durante a operação. À medida que a temperatura sobe, a eficiência do semicondutor cai, reduzindo a saída de luz. Os dados de T

=85°C são uma métrica de desempenho mais realista para o projeto.
P: Posso acionar este LED continuamente a 40mA?_{R: A Especificação Absoluta Máxima é de 40mA, mas este é um limite de estresse. A condição operacional recomendada é de 30mA. Operar a 40mA só é possível se o gerenciamento térmico for excepcional (sistema com R}j-a

muito baixo) e a temperatura ambiente for baixa, conforme a curva de redução na Fig. 8. Fazer isso reduzirá a eficácia e pode impactar a confiabilidade de longo prazo.
P: Como interpreto o código do bin, por exemplo, '65R6'?

R: O código define o bin de cromaticidade. Os dois primeiros dígitos (65) referem-se à CCT (faixa de 6500K). A letra (R) e o dígito seguinte (6) definem a elipse específica no diagrama CIE onde as coordenadas de cor do LED se enquadram, garantindo uma consistência de cor rigorosa.
P: Qual é o significado da resistência térmica de 22 °C/W?_{R: Este valor (R}th j-sp_{) indica que para cada watt de potência dissipada na junção do LED, a diferença de temperatura entre a junção e o ponto de solda aumentará em 22°C. Um valor mais baixo é melhor. A resistência térmica total do sistema (junção-ambiente, R}j-a

) inclui esta mais a resistência da PCB, da interface térmica e do dissipador de calor.

8. Estudo de Caso de Projeto e Uso
Cenário: Projetando um Tubo de LED de 1200 Lúmens.Objetivo:
Substituir um tubo fluorescente T8 por um equivalente em LED.
1. Processo de Projeto:Meta de Lúmens:
2. 1200 lúmens.Seleção do LED:_aEscolha o bin 65R6-F2 (72 lm típicos a 30mA, T
3. =25°C). Considerando a redução térmica (estimativa de ~15% de perda na temperatura operacional), assuma 61 lm por LED.Cálculo da Quantidade:
4. 1200 lm / 61 lm por LED ≈ 20 LEDs.Projeto Elétrico:
5. 20 LEDs em série exigiriam uma tensão de acionamento de 20 * 19V = 380V, o que é alto. Uma abordagem mais prática é usar duas strings de 10 LEDs em série (190V por string) conectadas em paralelo, acionadas por um driver de corrente constante ajustado para 60mA no total (30mA por string).Projeto Térmico:_{Potência total: 20 LEDs * 19V * 0.03A = 11.4W. Usando uma PCB de alumínio como dissipador de calor, o projetista deve calcular se o R}j-a
do sistema é baixo o suficiente para manter a junção abaixo de 125°C no ambiente fechado do tubo, usando a curva de redução como guia.

Este caso destaca a interação entre configuração elétrica, gerenciamento térmico e metas fotométricas.

9. Princípios e Tendências Técnicas

9.1 Princípio de Operação

Este LED opera com base no princípio da eletroluminescência em um semicondutor. Quando uma tensão direta é aplicada através da junção p-n, elétrons e lacunas se recombinam, liberando energia na forma de fótons. Os materiais específicos (fósforos) usados no encapsulamento convertem uma parte da luz azul primária do chip em comprimentos de onda mais longos, resultando na luz branca desejada com uma CCT e IRC específicos. O encapsulamento EMC serve para proteger o chip e os fios de ligação, fornecer uma lente primária e, mais importante, oferecer um caminho termicamente condutivo para dissipar o calor.

9.2 Tendências da Indústria