Ficha Técnica do LED RGB SMD LTSA-E35BCEGBW - Pacote 12mm - Alimentação 5V - Protocolo ISELED - Documentação Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um módulo de LED RGB de montagem em superfície de alto desempenho, projetado para aplicações exigentes em acessórios automotivos. O dispositivo integra chips de LED vermelho, verde e azul com um circuito integrado driver dedicado que suporta o protocolo de comunicação digital ISELED. Esta integração permite um controlo de cor preciso, a ligação em cascata de múltiplas unidades e funcionalidades avançadas como a compensação de temperatura diretamente dentro do encapsulamento do LED.

1.1 Características e Vantagens Principais

A principal vantagem deste produto é a combinação do alto desempenho do LED com o controlo digital inteligente num pacote SMD compacto. As características-chave incluem:

• Interface Serial Digital:Utiliza um barramento de comunicação serial bidirecional e half-duplex compatível com ISELED, operando a 2 Mbit/s. Isto permite um controlo preciso de brilho de 8 bits para cada canal de cor e possibilita a ligação de até 4079 dispositivos numa única cadeia, simplificando a fiação em sistemas de iluminação complexos.
• Inteligência Integrada:O circuito integrado driver incorporado gere a geração de PWM para a mistura de cores e possui um ADC integrado para medição de temperatura. Aplica automaticamente compensação à corrente de acionamento do LED vermelho para manter uma saída luminosa consistente em toda a gama de temperaturas de operação.
• Robustez Automotiva:O componente é qualificado de acordo com a AEC-Q102 para os dados do LED e AEC-Q100 para o circuito integrado driver. É pré-condicionado para sensibilidade à humidade JEDEC Nível 2 e é compatível com processos de soldadura por refluxo infravermelho sem chumbo.
• Conceção para Fabrico:Fornecido em fita de 12mm em bobinas de 7 polegadas, o pacote é compatível com equipamento padrão de pick-and-place e soldadura automatizada, facilitando a produção em volume.

1.2 Mercado-Alvo e Aplicações

O mercado-alvo principal é a indústria automóvel, especificamente para aplicações de iluminação de acessórios interiores e exteriores onde são necessários desempenho fiável, controlo de cor preciso e capacidade de rede. Casos de uso potenciais incluem iluminação ambiente, indicadores de estado e elementos de iluminação decorativa.

2. Parâmetros Técnicos: Análise Objetiva Aprofundada

2.1 Valores Máximos Absolutos e Condições de Operação

Compreender os limites de operação é crítico para um projeto fiável. O dispositivo opera a partir de uma alimentação de 4,5V a 5,5V, com uma tensão nominal de 5,0V. A gama de temperatura ambiente de operação é especificada de -40°C a +110°C, com uma temperatura máxima de junção de 125°C. O dispositivo está classificado para uma tensão de suporte ESD de 2 kV (HBM, Classe H1C por AEC-Q101-001). O armazenamento deve ser feito entre -40°C e +125°C.

2.2 Características Fotométricas e Óticas

O desempenho ótico é medido a uma temperatura de junção de 25°C sob comandos de brilho máximo. As métricas-chave incluem:

• Intensidade Luminosa:A intensidade luminosa típica para as cores individuais é de 530 mcd para o Vermelho (comprimento de onda dominante 622 nm), 1180 mcd para o Verde (527 nm) e 90 mcd para o Azul (461 nm). Quando as três cores são acionadas no máximo (luz branca), a intensidade luminosa típica combinada é de 1800 mcd.
• Características de Cor:As coordenadas de cromaticidade típicas para a luz branca são x=0,3127, y=0,3290, o que corresponde ao ponto de branco D65. O ângulo de visão (2θ1/2) é de 120 graus, proporcionando um padrão de luz difuso e amplo, adequado para iluminação de área.
• Tolerâncias:A intensidade luminosa tem uma tolerância de ±10%, o comprimento de onda dominante ±1nm e a coordenada de cromaticidade ±0,01. Estas são tolerâncias padrão para LEDs de desempenho médio a alto.

2.3 Características Elétricas e Térmicas

As características elétricas revelam o consumo de energia e os requisitos de gestão térmica do dispositivo.

• Consumo de Corrente:O consumo médio de corrente varia conforme a cor. Os valores típicos são 26,7 mA para o Vermelho, 20,5 mA para o Verde e 10,0 mA para o Azul quando cada um é acionado individualmente no brilho máximo. O circuito integrado driver consome uma corrente quiescente típica (I_drv) de 1,2 mA.
• Resistência Térmica:A resistência térmica da junção do LED para o ponto de soldadura (Rth_JS) é um parâmetro crítico para a dissipação de calor. Os valores típicos são 70,3 °C/W para o chip Vermelho, 71 °C/W para o Verde e 61,7 °C/W para o Azul. Estes valores são medidos num substrato FR4 com uma almofada de cobre de 16mm². Um projeto térmico adequado do PCB é essencial para manter a temperatura de junção abaixo do máximo de 125°C, especialmente ao acionar múltiplas cores simultaneamente ou a altas temperaturas ambientes.

2.4 Reset na Ligação e Interface de Comunicação

O dispositivo possui um circuito de reset na ligação com um limiar típico de 4,2V (mín. 4,0V, máx. 4,4V). A interface de comunicação serial utiliza sinalização diferencial nos pinos SIO_P e SIO_N, com níveis de tensão correspondentes à gama de alimentação Vcc (4,5V a 5,5V).

3. Análise das Curvas de Desempenho

3.1 Dependência da Temperatura na Intensidade Luminosa

Os gráficos fornecidos ilustram a intensidade luminosa relativa (normalizada para o valor a 25°C) em função da temperatura de junção para cada cor primária e para o branco. Uma observação-chave é a queda significativa na intensidade do LED vermelho à medida que a temperatura aumenta, o que é uma característica conhecida dos materiais AlInGaP. Isto sublinha a importância da funcionalidade de compensação de temperatura integrada, que ajusta o ciclo de trabalho PWM do vermelho para contrariar este declínio e manter a estabilidade da cor.

3.2 Dependência da Temperatura na Cromaticidade

Gráficos adicionais mostram a variação nas coordenadas de cromaticidade (ΔCx, ΔCy) com a temperatura de junção. Estas variações são mais pronunciadas para os canais vermelho e azul. Os dados fornecem uma base para compreender a deriva de cor em operação não compensada e destacam o valor da compensação integrada e o potencial para calibração de cor a nível de sistema utilizando a interface digital.

4. Informações Mecânicas e do Pacote

4.1 Dimensões e Contorno do Pacote

O dispositivo utiliza um pacote de montagem em superfície. O desenho dimensional indica a pegada física e a altura. Todas as dimensões críticas são fornecidas em milímetros com uma tolerância geral de ±0,2 mm, salvo indicação em contrário. A lente é difusa para alcançar o amplo ângulo de visão de 120 graus.

4.2 Configuração e Função dos Pinos

O dispositivo tem uma configuração de 8 pinos:

1. PRG5:Terra (para fabrico/teste do LED).
2. SIO1_N:Lado Mestre da Comunicação Serial, linha diferencial negativa.
3. SIO1_P:Lado Mestre da Comunicação Serial, linha diferencial positiva.
4. GND:Terra (Pino 4).
5. GND:Terra (Pino 5).
6. SIO2_P:Lado Escravo da Comunicação Serial, linha diferencial positiva (para ligação em cascata).
7. SIO2_N:Lado Escravo da Comunicação Serial, linha diferencial negativa.
8. Vcc_5V:Alimentação do Circuito Integrado (5V).

Os dois pinos de terra (4 e 5) e as portas de comunicação separadas facilitam uma distribuição de energia robusta e uma fácil ligação em cascata de múltiplos dispositivos.

5. Diretrizes de Soldadura e Montagem

5.1 Perfil de Soldadura por Refluxo IR

É fornecido um perfil de refluxo recomendado para soldadura sem chumbo, em conformidade com a J-STD-020B. O perfil especifica parâmetros-chave incluindo pré-aquecimento, imersão, temperatura de pico de refluxo (máximo de 260°C durante 10 segundos) e taxas de arrefecimento. Aderir a este perfil é crucial para prevenir danos térmicos nos chips do LED, no circuito integrado driver e nas ligações internas por fio, garantindo fiabilidade a longo prazo.

5.2 Notas de Manuseamento e Armazenamento

O dispositivo é pré-condicionado para JEDEC Nível 2. Isto significa que os componentes sensíveis à humidade são cozidos e embalados com um desumidificador. Uma vez aberto o saco seco selado, os componentes devem ser montados dentro de um período de tempo especificado (tipicamente 1 ano a<10% de humidade relativa, ou períodos mais curtos a humidade mais elevada) ou ser recozidos de acordo com as instruções do fabricante para prevenir o efeito \"pipocagem\" durante o refluxo.

6. Descrição Funcional e Arquitetura do Sistema

6.1 Visão Geral do Diagrama de Blocos Interno

O diagrama de blocos funcional revela um sistema integrado. O núcleo é um microcontrolador \"Unidade Principal\" que gere a comunicação, a geração de PWM e as funções do sistema. Recebe comandos através da interface serial ISELED. Três sumidouros de corrente constante independentes e configuráveis acionam os ânodos dos LEDs Vermelho, Verde e Azul (acionamento do lado baixo). Um Conversor Analógico-Digital (ADC) integrado mede periodicamente a temperatura do dispositivo através de um sensor interno. Estes dados são utilizados pela Unidade Principal para ajustar dinamicamente o ciclo de trabalho PWM para o LED vermelho, compensando a sua queda térmica. O ADC também pode ser comandado para medir outros valores analógicos. Uma memória não volátil Programável Uma Vez (OTP) armazena dados de calibração individuais do dispositivo (por exemplo, para variações da tensão direta do LED), que são carregados para registos na ligação da alimentação.

6.2 PWM e Protocolo de Comunicação

O brilho de cada cor é controlado através de Modulação por Largura de Pulso (PWM) com resolução de 8 bits (256 níveis). O protocolo ISELED trata da transmissão destes valores de brilho, do endereçamento do dispositivo e da leitura de informações de estado (como a temperatura). A natureza bidirecional permite comunicação de diagnóstico, verificando a presença e o estado de um dispositivo numa cadeia.

7. Sugestões de Aplicação e Considerações de Projeto

7.1 Circuitos de Aplicação Típicos

Numa aplicação típica, um microcontrolador hospedeiro com um transceptor ISELED ligar-se-ia aos pinos SIO1_P/N do primeiro LED numa cadeia. Os pinos SIO2_P/N desse LED ligam-se aos pinos SIO1_P/N do LED seguinte, e assim sucessivamente. Uma única linha de alimentação de 5V, adequadamente desacoplada com condensadores locais, alimenta todos os LEDs na cadeia. O layout do PCB deve garantir ligações de terra de baixa impedância e uma gestão térmica adequada, utilizando áreas de cobre suficientes ligadas aos pinos de terra do dispositivo e à almofada térmica (se presente na pegada) para dissipar calor.

7.2 Considerações de Projeto

• Gestão Térmica:Calcule a dissipação de potência esperada (P = Vcc * I_total) e utilize a resistência térmica (Rth_JS) para estimar o aumento de temperatura acima do ponto de soldadura do PCB. Assegure que o projeto do PCB pode conduzir este calor de forma eficaz para manter Tj<125°C.
• Fonte de Alimentação:A alimentação de 5V deve ser estável e capaz de fornecer a corrente de pico para toda a cadeia de LEDs. Considere a corrente de entrada durante a ligação.
• Integridade do Sinal:Para cadeias longas ou em ambientes eletricamente ruidosos (como o automóvel), siga as melhores práticas para o encaminhamento de pares diferenciais (igualdade de comprimento, impedância controlada se possível) para as linhas SIO.

8. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com os LEDs RGB analógicos tradicionais, este dispositivo oferece vantagens significativas:Precisão:O controlo digital elimina as variações de cor causadas por diferenças na tensão direta e tolerâncias dos drivers analógicos.Simplicidade:Reduz o número de linhas de controlo de múltiplas linhas PWM por LED para um único par diferencial para uma cadeia inteira.Inteligência:A compensação de temperatura incorporada e a calibração armazenada na OTP garantem um desempenho consistente sem circuitos externos complexos.Diagnóstico:O barramento bidirecional permite a monitorização do estado do sistema a nível de sistema. A principal desvantagem é a maior complexidade do software do protocolo de comunicação digital em comparação com a simples geração de PWM.

9. Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

P: Quantos destes LEDs posso ligar em série?

R: Até 4079 dispositivos podem ser ligados numa única cadeia em cascata através da interface ISELED.

P: A compensação de temperatura funciona automaticamente?

R: Sim, o circuito integrado driver interno mede automaticamente a temperatura e ajusta o ciclo de trabalho PWM do LED vermelho para manter a intensidade luminosa constante. Esta é uma funcionalidade de hardware independente do controlador hospedeiro.

P: Qual é o propósito da memória OTP?

R: A OTP armazena dados de calibração individuais para cada dispositivo, como valores de ajuste para os sumidouros de corrente ou coeficientes de calibração de cor. Isto permite um desempenho muito uniforme em todas as unidades de um lote de produção.

P: Posso usar um microcontrolador de 3,3V para comunicar com o LED de 5V?

R: Os pinos SIO operam ao nível Vcc (4,5-5,5V). A ligação direta a um dispositivo lógico de 3,3V pode não ser fiável. Seria necessário um deslocador de nível ou um circuito integrado transceptor ISELED projetado para operação a tensão mais baixa.

10. Exemplo de Caso de Uso Prático

Cenário: Iluminação Ambiente do Painel da Porta Automóvel.Um designer pretende implementar iluminação ambiente multizona e com mudança de cor ao longo do painel da porta e do apoio de braço. Utilizando este LED, podem criar uma longa cadeia de LEDs (por exemplo, 50 peças) controlada por um único mestre ISELED localizado no módulo da porta. Cada LED pode ser endereçado individualmente ou agrupado. O hospedeiro pode enviar comandos para definir qualquer cor ou padrão de iluminação dinâmico. A compensação de temperatura integrada garante que a intensidade da cor vermelha permanece estável mesmo quando o painel da porta aquece devido à luz solar, prevenindo uma mudança de cor indesejada para azul/verde. A fiação em cascata reduz drasticamente o número de fios necessários em comparação com uma solução paralela RGB+driver, simplificando o projeto do feixe de cabos e reduzindo custo e peso.

11. Introdução ao Princípio de Operação

O dispositivo opera com um princípio de sinal misto. O núcleo digital recebe dados seriais, descodifica comandos e define registos que definem os ciclos de trabalho PWM para três geradores de PWM de hardware independentes. Estes sinais PWM acionam MOSFETs do lado baixo que atuam como sumidouros de corrente constante para os LEDs. O nível de corrente para cada canal é fixado internamente (provavelmente definido pela calibração OTP). A frente analógica inclui o sensor de temperatura cuja saída de tensão é digitalizada pelo ADC. A lógica digital utiliza esta leitura de temperatura para aplicar uma curva de compensação predefinida, modificando o valor do registo PWM do vermelho em tempo real. Este controlo de malha fechada (medição de temperatura, ajuste do acionamento) ocorre autonomamente dentro do dispositivo.

12. Tendências e Contexto Tecnológico

Este produto faz parte de uma tendência clara na iluminação LED: a transição de nós analógicos para digitais e inteligentes. O protocolo ISELED é um ecossistema específico desenvolvido para iluminação automóvel, competindo com outros padrões como LEDs endereçáveis baseados em SPI (por exemplo, WS2812B) ou Ethernet Automotiva. A integração de sensoriamento (temperatura) e processamento diretamente no pacote do LED permite uma \"iluminação inteligente\" onde cada ponto de luz pode ser individualmente calibrado, monitorizado e controlado. Isto facilita funcionalidades avançadas como manutenção preditiva (detetando degradação do LED), padrões de iluminação adaptativa complexos e correspondência de cor perfeita entre diferentes materiais e lotes de produção. O foco na qualificação AEC-Q e na comunicação robusta torna-o adequado para as duras condições elétricas e ambientais das aplicações automóveis, uma área de crescimento chave para a tecnologia LED avançada.