Folha de Dados Técnica do LED RGB SMD 19-C47 - Controle PWM de 8 bits - Alimentação 5V - Cores Completas - Documento Técnico em Português

1. Visão Geral do Produto

O 19-C47 é um dispositivo compacto de montagem em superfície (SMD) que integra três chips de LED individuais (Vermelho, Verde, Azul) com um driver de corrente constante dedicado de 3 canais. Esta integração permite uma mistura e controlo de cores precisos, tornando-o um componente chave para aplicações que requerem uma saída de cor completa vibrante e programável. A sua principal vantagem reside na combinação de uma pegada miniatura, circuitos externos simplificados devido ao driver integrado e um sofisticado controlo por modulação por largura de pulso (PWM) de 8 bits para cada canal de cor.

1.1 Características e Vantagens Principais

• Driver Integrado:Contém um driver de LED de 3 canais com controlo PWM linear de 8 bits, eliminando a necessidade de controladores PWM externos para mistura básica de cores.
• Alta Profundidade de Cor:Cada chip RGB pode ser controlado com 256 níveis de cinza (8 bits), permitindo mais de 16 milhões de cores possíveis (256^3).
• Pacote SMD Compacto:Significativamente menor do que os LEDs tradicionais com terminais, permitindo maior densidade na placa, redução do tamanho do produto final e adequação para montagem automatizada pick-and-place.
• Conformidade:O produto é livre de chumbo, em conformidade com RoHS, REACH da UE e normas livres de halogéneos (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Compatibilidade de Processo:Concebido para compatibilidade com processos padrão de soldadura por refluxo por infravermelhos e fase de vapor.

1.2 Aplicações Alvo

Este componente foi concebido para aplicações que exigem iluminação e exibição dinâmicas de cor completa.

• Ecrans de vídeo LED e sinalização de cor completa para interior e exterior.
• Tiras de iluminação LED decorativas e iluminação arquitetónica.
• Iluminação de fundo para painéis de instrumentos, interruptores e símbolos.
• Indicadores de estado e iluminação de fundo em equipamentos de telecomunicações.
• Aplicações gerais de iluminação de cor completa.

2. Especificações Técnicas e Análise Detalhada

2.1 Valores Máximos Absolutos e Condições de Operação

Estes parâmetros definem os limites além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Operar dentro das condições recomendadas garante um desempenho fiável.

• Tensão de Alimentação (VDD):A gama máxima absoluta é de +4.2V a +5.5V. A tensão de operação típica recomendada é de 5.0V. Exceder 5.5V pode danificar o circuito integrado do driver interno.
• Tensão de Entrada (VIN):Os pinos de entrada lógica (DIN) devem ser mantidos entre -0.5V e VDD+0.5V. Para um reconhecimento fiável de nível lógico alto, uma tensão de 3.3V é típica, enquanto o nível lógico baixo deve estar abaixo de 0.3*VDD (tipicamente 1.5V com VDD a 5V).
• Proteção ESD:Classificado para 2000V no Modelo do Corpo Humano (HBM). Embora isto ofereça proteção básica de manuseamento, são ainda necessárias precauções adequadas contra ESD durante a montagem.
• Intervalos de Temperatura:A temperatura de operação é de -20°C a +70°C. A temperatura de armazenamento estende-se de -40°C a +90°C. O perfil de soldadura é crítico: a temperatura de pico da soldadura por refluxo não deve exceder 260°C durante 10 segundos, ou 350°C durante 3 segundos na soldadura manual.

2.2 Características Elétricas DC

Medidas a Ta=25°C, VDD=5V, estas características definem o comportamento elétrico do dispositivo em condições estáticas.

• Corrente de Alimentação (IDD):O consumo de corrente típico do próprio circuito integrado do driver é de 2.5 mA quando todas as saídas do LED estão desligadas (ciclo de trabalho PWM 0%). Esta é a corrente de repouso.
• Limiares de Nível Lógico:Confirma os níveis de tensão de entrada: VIH (Alto) é tipicamente 3.3V, e VIL (Baixo) é um máximo de 0.3*VDD.

2.3 Temporização e Protocolo de Comunicação de Dados

O dispositivo utiliza um protocolo de comunicação série para receber dados de 24 bits (8 bits para cada canal Vermelho, Verde e Azul). A temporização é crucial para uma transmissão de dados sem erros.

• Temporização em Modo de Alta Velocidade:
  • T0H (código 0, tempo alto): 300ns ±80ns.
  • T0L (código 0, tempo baixo): 900ns ±80ns.
  • T1H (código 1, tempo alto): 900ns ±80ns.
  • T1L (código 1, tempo baixo): 300ns ±80ns.
  • RES (Tempo de Reset): Deve ser superior a 50µs de sinal baixo para travar os dados.
• Formato de Dados:24 bits de dados são enviados sequencialmente para um único dispositivo: tipicamente G7-G0, R7-R0, B7-B0 (a ordem pode variar, verificar detalhes do protocolo).
• Cascata:Múltiplos dispositivos podem ser ligados em cadeia. O pino DOUT de um dispositivo alimenta o pino DIN do seguinte. Após receber os seus 24 bits, o dispositivo reencaminha automaticamente os bits subsequentes para o DOUT.
• Notas de Projeto:
  • É recomendado um filtro RC e uma resistência de pull-up/pull-down (R1, sugerido 10kΩ a 100kΩ) na linha de dados para melhorar a integridade do sinal.
  • Um condensador de desacoplamento de 0.1µF deve ser colocado próximo do pino VDD para uma alimentação estável e imunidade ao ruído.

3. Características Eletro-Ópticas e Sistema de Binning

Estes parâmetros definem a saída de luz e as propriedades de cor dos chips de LED, medidos a uma corrente direta (IF) de 5mA e Ta=25°C.

3.1 Desempenho Óptico

• Intensidade Luminosa (Iv):A saída de luz típica varia conforme o chip de cor:
  • Vermelho (RS): 70 mcd (mín 28.5, máx 180).
  • Verde (GH): 180 mcd (mín 140, máx 360).
  • Azul (BH): 40 mcd (mín 28.5, máx 72).
• Ângulo de Visão (2θ1/2):Um amplo ângulo de visão de 120 graus, adequado para aplicações que requerem uma distribuição de luz ampla.
• Comprimento de Onda:
  • Comprimento de Onda de Pico (λp): Vermelho ~632nm, Verde ~518nm, Azul ~468nm.
  • Comprimento de Onda Dominante (λd): Vermelho 617.5-629.5nm, Verde 525-540nm, Azul 465-475nm.
• Largura de Banda Espectral (Δλ):Vermelho ~20nm, Verde ~35nm, Azul ~25nm.

3.2 Explicação do Sistema de Binning

Para garantir a consistência de cor na produção, os LEDs são classificados em bins com base na intensidade luminosa. Os projetistas devem especificar os códigos de bin necessários para uma aparência uniforme numa matriz.

• Bins Vermelho (RS):N (28.5-45 mcd), P (45-72 mcd), Q (72-112 mcd), R (112-180 mcd).
• Bins Verde (GH):R2 (140-180 mcd), S1 (180-225 mcd), S2 (225-285 mcd), T1 (285-360 mcd).
• Bins Azul (BH):N (28.5-45 mcd), P (45-72 mcd).

Tolerâncias:A intensidade luminosa tem uma tolerância de ±11%, e o comprimento de onda dominante tem uma tolerância de ±1nm dentro de um bin.

4. Informações Mecânicas, de Embalagem e Montagem

4.1 Dimensões do Pacote e Pinagem

O dispositivo é fornecido num pacote SMD compacto. O layout de pads sugerido é um ponto de partida e deve ser otimizado para processos de fabrico específicos.

• Funções dos Pinos:
  1. DOUT:Saída de dados para ligação em cascata ao DIN do dispositivo seguinte.
  2. VDD:Entrada de alimentação (+5V). Requer um condensador de desacoplamento local de 0.1µF.
  3. DIN:Entrada de dados série para dados de controlo PWM.
  4. GND:Massa comum para alimentação e dados.

4.2 Diretrizes de Soldagem e Montagem

• Perfil de Refluxo:Compatível com perfis padrão com uma temperatura de pico não superior a 260°C durante 10 segundos.
• Limitação de Corrente: Crítico:O driver integrado fornece controlo de corrente constante para os LEDs com base na entrada PWM. No entanto, a tensão de alimentação externa (VDD) deve ser regulada. Um ligeiro excesso de tensão pode causar um grande aumento de corrente através do driver e dos LEDs, levando a uma queima imediata. Uma regulação de tensão adequada é essencial.

4.3 Sensibilidade à Umidade e Armazenamento

Este é um dispositivo sensível à humidade (MSD).

• Antes de Abrir:Armazenar o saco hermético selado a ≤30°C e ≤90% de HR.
• Após Abrir:O "tempo de vida útil no chão de fábrica" é de 168 horas (7 dias) a ≤30°C e ≤60% de HR. Se não for utilizado dentro deste tempo, as peças não utilizadas devem ser reembaladas com dessecante.
• Secagem:Se o tempo de vida útil no chão de fábrica for excedido ou se o cartão indicador de humidade mostrar entrada de humidade, é necessária secagem antes da soldadura para evitar danos de "pipocagem" durante o refluxo.

4.4 Especificações de Embalagem

• Fita e Bobina:Embalado em fita de 8mm de largura em bobinas de 7 polegadas de diâmetro. Cada bobina contém 2000 peças.
• Informação da Etiqueta:As etiquetas das bobinas incluem Número do Produto (P/N), quantidade (QTY) e códigos de binning críticos para Classificação de Intensidade Luminosa (CAT), Classificação de Cromaticidade/Comprimento de Onda (HUE) e Classificação de Tensão Direta (REF).

5. Considerações de Projeto de Aplicação e Perguntas Frequentes

5.1 Circuito de Aplicação Típico

Uma aplicação básica envolve uma fonte de alimentação regulada de 5V, um microcontrolador (MCU) com um pino de I/O digital capaz de gerar o protocolo série preciso, e o LED. O pino de I/O do MCU liga-se ao DIN do primeiro LED. Para múltiplos LEDs, estes são ligados em cadeia. Um condensador cerâmico de 0.1µF é colocado entre VDD e GND em cada dispositivo. Uma resistência em série (ex., 100Ω a 470Ω) pode ser colocada em série com a linha de dados perto do MCU para amortecer oscilações, embora a folha de dados sugira um filtro RC.

5.2 Considerações de Projeto

• Fonte de Alimentação:Utilize uma fonte de alimentação de 5V bem regulada. Ripple e ruído podem afetar a consistência de cor e a integridade dos dados.
• Integridade da Linha de Dados:Para cabos longos ou muitos dispositivos numa cadeia, pode ocorrer degradação do sinal. Considere a utilização de chips de buffer ou drivers diferenciais para uma comunicação robusta.
• Gestão Térmica:Embora o driver controle a corrente, os LEDs geram calor. Para operação com ciclo de trabalho elevado ou altas temperaturas ambientes, garanta cobre de PCB ou dissipação de calor adequada para manter a temperatura de junção dentro dos limites.
• Calibração de Cor:Devido a variações de binning, para aplicações profissionais de exibição, pode ser necessário um passo de calibração de cor utilizando o controlo PWM de 8 bits para alcançar um ponto branco uniforme e gama de cores em todos os pixéis.

5.3 Perguntas Frequentes (Baseadas em Parâmetros Técnicos)

• P: Qual é a corrente máxima por canal de LED?R: A folha de dados não especifica uma corrente direta fixa (IF) para os LEDs quando acionados pelo driver interno. A saída de luz é especificada a IF=5mA, que é provavelmente a corrente definida pelo driver para cada canal. O design de corrente constante do driver protege os LEDs, mas o valor máximo absoluto de VDD não deve ser excedido.
• P: Posso acionar este LED com um microcontrolador de 3.3V?R: Sim. A tensão de entrada de nível lógico alto (VIH) é tipicamente 3.3V, o que é compatível com lógica de 3.3V. No entanto, garanta que a alimentação VDD permanece a 5V para o driver de LED funcionar corretamente.
• P: Quantos LEDs posso ligar em cascata?R: O limite é determinado pela taxa de atualização de dados e pela integridade do sinal. Cada dispositivo adiciona um pequeno atraso de propagação. Para um fluxo de dados de 24 bits por dispositivo e uma taxa de atualização alvo (ex., 60Hz), pode calcular o número máximo. Com um relógio de 800kbps, centenas de dispositivos podem ser ligados em cadeia para iluminação estática, mas para vídeo, o número é menor devido à necessidade de altas taxas de atualização.
• P: Por que é obrigatório um condensador de desacoplamento?R: O circuito integrado do driver comuta a corrente para os LEDs a altas frequências (PWM). Isto causa picos de corrente súbitos na linha VDD. O condensador local de 0.1µF fornece esta corrente de alta frequência localmente, prevenindo quedas de tensão que poderiam reiniciar o circuito integrado ou causar cintilação, e reduzindo interferência eletromagnética (EMI).

6. Comparação Técnica e Tendências

6.1 Diferenciação de LEDs Básicos

O diferenciador chave do 19-C47 é o seu driver integrado. Comparado com um LED RGB discreto que requer três resistências limitadoras de corrente externas e um controlador PWM externo (ex., de um MCU com três pinos PWM), este dispositivo simplifica o projeto. Requer apenas uma única linha de dados e alimentação, reduzindo drasticamente a contagem de pinos do MCU e a complexidade do software para grandes matrizes. A contrapartida é um custo de componente ligeiramente superior e a necessidade de gerir o protocolo série.

6.2 Princípio de Funcionamento

O dispositivo opera no princípio de um registo de deslocamento série-paralelo para os dados PWM. A palavra de dados de 24 bits é sincronizada para um registo interno. Este registo controla geradores PWM de 8 bits separados para cada cor. Os geradores PWM modulam as fontes de corrente constante que acionam os respetivos chips de LED. O olho humano integra os pulsos rápidos de ligar/desligar, percebendo um nível de brilho específico para cada cor primária, que se mistura para formar a cor final.

6.3 Tendências da Indústria

A tendência nos LEDs endereçáveis é para maior integração, maiores taxas de dados e melhor desempenho de cor. Sucessores do PWM de 8 bits (como este dispositivo) frequentemente apresentam PWM de 16 bits ou superior para atenuação mais suave e melhor precisão de cor (eliminando cintilação ou desvio de cor a baixo brilho). Os protocolos estão a tornar-se mais rápidos e robustos (ex., utilizando codificação Manchester ou sinalização diferencial). Há também um movimento para incluir controlo de brilho global e compensação de temperatura dentro do circuito integrado do driver. O 19-C47 representa uma solução madura e rentável para muitas aplicações principais de iluminação e exibição de cor completa.