Folha de Dados Técnica do LED Pixel Inteligente C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H - Pacote P-LCC-6 - 5V - Ângulo de Visão de 120° - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O C4516SDWN3S1-RGBC0120-2H é um componente LED pixel inteligente integrado. Ele combina chips LED vermelho, verde e azul com um circuito integrado (IC) driver dedicado de 3 canais dentro de um único pacote de montagem em superfície (SMD) P-LCC-6. Esta integração simplifica o projeto ao eliminar a necessidade de componentes driver externos para cada canal de cor.

A função principal do driver IC integrado (referido como 4516-IC no documento) é fornecer controle linear individual por Modulação por Largura de Pulso (PWM) de 8 bits para cada um dos LEDs vermelho (R), verde (G) e azul (B). Isto permite a criação de 16,7 milhões de cores (2^24) através da mistura precisa de intensidades. O controle é realizado através de um protocolo de comunicação serial simples de fio único, tornando-o altamente rentável e fácil de implementar em vários projetos de iluminação.

O pacote apresenta um refletor interno e é moldado em resina transparente incolor, contribuindo para o seu amplo ângulo de visão de 120 graus. A mistura de luz dos três LEDs de cor primária resulta numa emissão branca, tornando este componente particularmente adequado para retroiluminação e aplicações de guias de luz onde é necessária uma iluminação uniforme e de amplo ângulo.

2. Análise Aprofundada dos Parâmetros Técnicos

2.1 Limites Absolutos Máximos

Estes limites definem os valores além dos quais pode ocorrer dano permanente ao dispositivo. A operação fora destas faixas não é garantida.

• Tensão de Alimentação (VDD):Máximo de 6,5V. A tensão de operação típica é de 5V, fornecendo uma margem de segurança.
• Dissipação de Potência (PD):Menos de 400 mW. Isto limita o calor total gerado pelo IC e LEDs combinados.
• Corrente de Saída do LED (Iout):Máximo de 25 mA por canal. A corrente de saída típica é especificada como 20 mA nas características elétricas.
• Temperatura de Operação (Topr):-25°C a +85°C. Isto define a faixa de temperatura ambiente para operação confiável.
• Temperatura de Armazenamento (Tstg):-40°C a +90°C.
• Descarga Eletrostática (ESD):Suporta 2000V, indicando um nível básico de proteção no manuseio.
• Temperatura de Soldagem:Compatível com processos sem chumbo (Pb-free): soldagem por refluxo IR a 260°C por no máximo 10 segundos, ou soldagem manual a 350°C por no máximo 3 segundos.

2.2 Características Eletro-Ópticas

Medidas a Ta=25°C e VDD=5V, estes parâmetros definem o desempenho da saída de luz.

• Intensidade Luminosa (Iv):
  • Vermelho (R): 450 mcd (Mín) a 1120 mcd (Máx). O valor típico está implícito dentro desta faixa.
  • Verde (G): 1120 mcd (Mín) a 2800 mcd (Máx). O verde é tipicamente o canal mais brilhante.
  • Azul (B): 280 mcd (Mín) a 710 mcd (Máx).
  • Tolerância:±11% para intensidade luminosa.
• Ângulo de Visão (2θ1/2):100° (Mín), 120° (Típico), 140° (Máx). O amplo ângulo típico de 120° é uma característica fundamental.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):
  • Vermelho: 618 nm a 630 nm.
  • Verde: 520 nm a 535 nm.
  • Azul: 463 nm a 475 nm.
  • Tolerância:±1 nm.
• Materiais do Chip:O vermelho usa AlGaInP, enquanto o verde e o azul usam InGaN, que são padrão para LEDs de alta eficiência.

2.3 Características Elétricas

Parâmetros para o driver IC integrado, especificados para Ta=-20 a +70°C e Vdd=4,5 a 5,5V.

• Corrente de Saída (IOL):19 mA (Mín), 20 mA (Típ), 21 mA (Máx). Esta é a corrente constante fornecida a cada LED.
• Níveis Lógicos de Entrada (para pinos DIN, SET):
  • VIH (Tensão de entrada de nível alto): Mínimo de 2,7V.
  • VIL (Tensão de entrada de nível baixo): Máximo de 0,3 * Vdd (ex.: 1,5V máx. em Vdd=5V).
• Tensão de Histerese (VH):Típico 0,35V. Isto fornece imunidade a ruído nos pinos de entrada.
• Dissipação de Corrente Dinâmica (IDD_dyn):Típico 2 mA. Esta é a corrente de operação do próprio driver IC.

3. Protocolo e Temporização de Comunicação

O dispositivo utiliza um esquema de comunicação de fio único, sem retorno a zero (NRZ), para receber dados de 24 bits (8 bits para cada canal R, G, B).

3.1 Temporização de Transferência de Dados

Os níveis lógicos são definidos pela duração do pulso alto dentro de um tempo de ciclo fixo de 1,2 µs.

• Lógico '0':Tempo de tensão alta (T0H) = 0,30 µs (±0,15µs), Tempo de tensão baixa (T0L) = 0,90 µs.
• Lógico '1':Tempo de tensão alta (T1H) = 0,90 µs (±0,15µs), Tempo de tensão baixa (T1L) = 0,30 µs.
• Sinal de Reset/Latch:Um sinal de nível baixo no pino DIN por mais de 50 µs (especificamente, acima de 250 µs é mostrado) trava os dados de 24 bits recebidos nos registradores de saída, atualizando o brilho do LED.

Os dados são transmitidos primeiro com o bit mais significativo (MSB) para cada cor. A sequência para um único pixel é: R[7], R[6], ... R[0], G[7], ... G[0], B[7], ... B[0]. O pino DOUT retransmite o sinal, permitindo que múltiplos dispositivos sejam conectados em cascata a partir de uma única linha de dados do controlador.

4. Informações Mecânicas e de Pacote

4.1 Dimensões do Pacote e Pinagem

O dispositivo é alojado num pacote P-LCC-6 (Portador de Chip com Terminais Plásticos). O desenho de dimensões fornecido mostra uma pegada típica de SMD. A configuração dos pinos é a seguinte:

1. DI (Entrada de Dados):Entrada do sinal de dados de controle.
2. VDD:Alimentação para o circuito de controle / IC (tipicamente 5V).
3. Ânodo (Pino 3 & 4):Estes estão conectados internamente. Entrada de alimentação para os chips LED R, G, B. Deve ser conectado a uma fonte de tensão através de resistores limitadores de corrente apropriados.
4. GND (Terra):Terra comum para o IC e LEDs.
5. DOUT (Saída de Dados):Saída do sinal de dados de controle para conexão em cascata ao pino DI do próximo dispositivo.

Nota Crítica de Projeto:A folha de dados alerta explicitamente que resistores limitadores de corrente externosdevemser aplicados em série com os pinos Ânodo. Sem eles, mesmo um ligeiro aumento na tensão de alimentação do ânodo pode causar uma grande e destrutiva mudança de corrente através dos LEDs.

5. Diretrizes de Soldagem, Montagem e Armazenamento

5.1 Condições de Soldagem

O componente é sem chumbo e compatível com soldagem por refluxo IR. Um perfil de temperatura sem chumbo recomendado é fornecido:

• Pré-aquecimento:150–200°C por 60–120 segundos (rampa máx. de 3°C/seg).
• Refluxo:Acima de 217°C por 60–150 segundos, com temperatura de pico não excedendo 260°C por no máximo 10 segundos.
• Arrefecimento:Taxa máxima de arrefecimento de 6°C/seg.
• Importante:A soldagem por refluxo não deve ser realizada mais de duas vezes. Não deve ser aplicado stress ao pacote durante o aquecimento, e a PCB não deve ficar empenada após a soldagem.

5.2 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

O dispositivo é embalado em sacos de barreira resistentes à humidade com dessecante.

• Antes de Abrir:Armazenar a ≤30°C e ≤90% de Humidade Relativa (RH). Não abra o saco até estar pronto para uso.
• Após Abrir (Vida Útil no Chão de Fábrica):Os componentes devem ser soldados dentro de 24 horas após a abertura do saco à prova de humidade.
• Secagem (Baking):Se o tempo de armazenamento for excedido ou o dessecante indicar entrada de humidade, é necessário um tratamento de secagem a 60°C ±5°C durante 24 horas antes do uso.

6. Embalagem e Pedido

O produto é fornecido em fita transportadora relevada, que é então enrolada em bobinas. A quantidade padrão carregada é de 2000 peças por bobina. Os materiais e o processo de embalagem são projetados para serem resistentes à humidade. As etiquetas na bobina incluem identificadores padrão como Número do Produto (P/N), quantidade (QTY) e número do lote (LOT No.). A folha de dados também faz referência a bins para Classificação de Intensidade Luminosa (CAT), Classificação de Comprimento de Onda Dominante (HUE) e Classificação de Tensão Direta (REF), indicando que o produto pode estar disponível em graus de desempenho pré-selecionados.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Aplicações Típicas

• Ecrans de Vídeo LED Interior/Exterior:Ideal para ecrans a cores de baixa a média resolução, sinalização e painéis de mensagens devido ao controle integrado e capacidade de conexão em cascata.
• Tiras de LED RGB Endereçáveis:Permite tiras de LED RGB endereçáveis para iluminação decorativa, arquitetónica e de entretenimento.
• Iluminação Decorativa LED:Adequado para luminárias de mudança de cor, iluminação de destaque e instalações interativas.
• Iluminação Externa para Gaming:Pode ser usado na iluminação de gabinetes de PC, retroiluminação de teclado ou outros periféricos de gaming.
• Guia de Luz/Retroiluminação:O amplo ângulo de visão e a mistura de emissão branca tornam-no um bom candidato para aplicações de guias de luz iluminadas por borda ou iluminação direta.

7.2 Considerações Críticas de Projeto

1. Resistores Limitadores de Corrente:Este é o componente externo mais crítico. Resistores devem ser colocados em série com a alimentação do Ânodo para cada canal de cor (ou um resistor comum se usar uma única tensão de alimentação para todas as cores) para definir a corrente máxima e proteger os LEDs. O valor deve ser calculado com base na tensão de alimentação do Ânodo (V_anode), na tensão direta do LED (Vf, estimada a partir das curvas típicas) e na corrente desejada (I, tipicamente 20mA). R = (V_anode - Vf) / I.
2. Desacoplamento da Fonte de Alimentação:Um capacitor de bypass (ex.: 0,1µF) deve ser colocado próximo ao pino VDD para estabilizar a alimentação do IC e filtrar ruído.
3. Integridade da Linha de Dados:Para longas cadeias em cascata ou em ambientes eletricamente ruidosos, considere adicionar um pequeno resistor em série (ex.: 100Ω) na saída do controlador e/ou um resistor de pull-up na linha de dados para garantir transições limpas do sinal.
4. Gestão Térmica:Embora o pacote seja de baixa potência, altas temperaturas ambientes ou acionar todos os três LEDs no brilho máximo simultaneamente pode aproximar-se do limite de dissipação de potência. Garanta cobre adequado na PCB ou dissipação de calor se usado em matrizes de alta densidade.
5. Conformidade com Temporização:O microcontrolador ou driver que gera o sinal de dados deve aderir estritamente às especificações de temporização T0H, T1H e reset para garantir comunicação confiável.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

O C4516SDWN3S1 integra o driver e os LEDs, o que o diferencia de soluções discretas (LED separado + driver IC externo). As principais vantagens incluem:

• Projeto Simplificado:Reduz a contagem de componentes, a pegada na PCB e a complexidade de montagem.
• Controle por Fio Único:Minimiza a fiação, especialmente em matrizes multi-pixel, comparado com soluções que requerem linhas de clock e dados separadas (ex.: SPI).
• Fator de Forma Integrado:O P-LCC-6 é um pacote SMD comum e fácil de montar.
• Amplo Ângulo de Visão:O ângulo de 120° é superior a muitos LEDs com feixes mais estreitos, benéfico para aplicações de iluminação difusa.
• Limitações Potenciais:A integração significa que o desempenho do LED (comprimento de onda, intensidade) é fixo nos bins escolhidos. A corrente de saída máxima por canal (25mA) é adequada para fins indicadores e decorativos, mas pode ser inferior a LEDs discretos de alta potência.

9. Perguntas Frequentes (FAQ)

9.1 Quantos destes LEDs posso conectar em cascata?

Teoricamente, um número muito grande, limitado principalmente pela taxa de atualização de dados. Cada pixel requer 24 bits de dados. A taxa de dados é determinada pelo tempo de 1,2 µs por bit. Para atualizar uma cadeia de N pixels, você precisa de (24 * N) bits mais um pulso de reset final (>50 µs). Para uma taxa de atualização de 30 Hz, você poderia conectar centenas de pixels. O limite prático é definido pela integridade do sinal e pela distribuição de energia em cadeias longas.

9.2 Por que os resistores externos são absolutamente necessários?

O driver IC integrado fornece um sumidouro de corrente constantesinkno lado do cátodo de cada LED (conectado internamente). No entanto, o valor da corrente é definido pela diferença de tensão entre o pino Ânodo (fornecido externamente) e a referência interna do IC. Sem um resistor em série, a tensão do Ânodo define diretamente a corrente. A tensão direta do LED (Vf) tem um coeficiente de temperatura negativo (diminui à medida que o LED aquece). Um ligeiro aumento na tensão de alimentação ou uma diminuição na Vf devido ao aquecimento pode causar um aumento descontrolado da corrente, levando a uma falha rápida. O resistor fornece feedback negativo, estabilizando a corrente.

9.3 Posso usar um microcontrolador de 3.3V para controlar o pino DIN?

Potencialmente, mas com cautela. O VIH mínimo é de 2,7V. Um nível lógico alto de 3,3V (~3,3V) atende a esta especificação. No entanto, as margens de ruído são reduzidas. É crucial garantir sinais limpos. Se possível, usar um microcontrolador de 5V ou um conversor de nível é recomendado para operação robusta.

9.4 Qual é a finalidade do pino SET mencionado nas características elétricas?

Embora o pino de dados principal seja o DIN, a referência a um pino SET nas especificações de tensão de entrada sugere que pode haver um pino adicional para configuração (ex.: definir um brilho global ou modo). A descrição principal dos pinos lista apenas DI, VDD, Ânodo, GND, DOUT. Os projetistas devem consultar a versão mais detalhada da folha de dados do driver IC para esclarecimento sobre a funcionalidade do pino, se o pino SET estiver presente numa variante específica.

10. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera com base no princípio simples de registo de deslocamento serial-paralelo combinado com sumidouros de corrente constante. O fluxo de dados seriais de 24 bits é introduzido num registo de deslocamento interno através da temporização no pino DI. Cada bit corresponde ao estado desejado ligado/desligado para um subperíodo específico dentro do ciclo PWM para um canal de cor. Assim que o quadro completo de 24 bits é recebido, um sinal baixo prolongado (reset) trava estes dados num segundo conjunto de registos que controlam diretamente os sumidouros de corrente de saída. Estes sumidouros de corrente ligam-se então durante uma fração de cada período PWM proporcional ao valor de 8 bits para cada cor, criando o brilho e a cor percebidos. O pino DOUT fornece os dados deslocados do registo interno, permitindo a cascata.

11. Tendências e Contexto de Desenvolvimento

Dispositivos como o C4516SDWN3S1 representam um segmento maduro e otimizado em custo do mercado de LEDs endereçáveis. As tendências tecnológicas nesta área incluem:

• Maior Integração:Movimento para drivers que controlam mais canais (ex.: RGBW de 4 canais) ou incluem funções adicionais como correção gama e difusão de erro no IC.
• Protocolos de Comunicação Melhorados:Embora o fio único seja simples, protocolos mais novos oferecem taxas de dados mais altas (como os 800kHz do WS2812B) ou melhor imunidade a ruído (sinalização diferencial, como em painéis LED profissionais).
• Maior Profundidade de Bits:Progressão de 8 bits (256 níveis) para PWM de 10 bits, 12 bits ou mesmo 16 bits por canal para gradientes de cor mais suaves e alto alcance dinâmico em iluminação profissional.
• Desempenho Térmico e Elétrico Aprimorado:Projetos com quedas de tensão mais baixas, maior eficiência e melhores caminhos térmicos para permitir brilho sustentado mais alto.
• Padronização:Crescimento de protocolos digitais padrão da indústria (ex.: DMX, Art-Net) que interagem com estes drivers de pixel para instalações em grande escala.

Este componente situa-se firmemente na corrente principal dos LEDs RGB digitalmente endereçáveis de baixo custo, equilibrando desempenho, simplicidade e custo de forma eficaz para uma ampla gama de aplicações de consumo e comerciais.