LED RGB SMD com CI Integrado - 5.0x5.0x1.6mm - 4.2-5.5V - 358mW - Lente Difusa Branca - Folha de Dados em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente LED de montagem em superfície (SMD) que integra chips semicondutores vermelho, verde e azul (RGB) juntamente com um circuito integrado (CI) driver dedicado dentro de um único encapsulamento compacto. Esta solução integrada foi concebida para simplificar aplicações de corrente constante para os projetistas, eliminando a necessidade de resistores limitadores de corrente externos ou circuitos driver complexos para cada canal de cor. O dispositivo é acondicionado num encapsulamento com lente difusa branca, o que ajuda a misturar a luz dos chips de cor individuais para criar uma saída de cor mais uniforme e difusa, adequada para aplicações de iluminação decorativa e indicadores.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A principal vantagem deste componente é o seu elevado nível de integração. Ao incorporar um driver CI PWM (Modulação por Largura de Pulso) de corrente constante de 8 bits, ele fornece controlo digital preciso sobre o brilho de cada cor RGB com 256 níveis distintos, permitindo a criação de mais de 16,7 milhões de combinações de cores. O protocolo de transmissão de dados em cascata de fio único permite que múltiplas unidades sejam ligadas em série e controladas a partir de um único pino de um microcontrolador, reduzindo significativamente a complexidade da fiação e os requisitos de I/O do controlador em aplicações com múltiplos LEDs.

Isto torna o componente particularmente adequado para aplicações com restrições de espaço e sensíveis ao custo que necessitam de efeitos de iluminação multicolor ou de cor total. Os seus mercados-alvo incluem, mas não se limitam a, indicadores de estado em eletrónica de consumo e equipamentos de rede, retroiluminação de painéis frontais, fitas de iluminação decorativa, módulos de cor total e elementos de displays de vídeo LED ou sinalização interior. O encapsulamento é compatível com equipamentos de montagem automática pick-and-place e processos padrão de soldadura por refluxo infravermelho (IR), facilitando a fabricação em grande volume.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva Aprofundada

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estes valores definem os limites de stress além dos quais pode ocorrer dano permanente no dispositivo. Não é garantida a operação sob ou nestes limites.

• Dissipação de Potência (P_D): 358 mW. Esta é a potência total máxima que o encapsulamento pode dissipar como calor. Exceder este limite arrisca sobreaquecer o CI interno e os chips LED.
• Gama de Tensão de Alimentação (V_DD): +4.2V a +5.5V. O CI integrado foi concebido para uma alimentação lógica nominal de 5V. Aplicar tensão fora desta gama pode danificar o circuito de controlo.
• Corrente Direta Total (I_F): 65 mA. Este é o somatório máximo das correntes através dos canais Vermelho, Verde e Azul combinados.
• Temperatura de Operação (T_a): -40°C a +85°C. É garantido que o dispositivo funciona dentro desta gama de temperatura ambiente.
• Temperatura de Armazenamento: -40°C a +100°C. O dispositivo pode ser armazenado sem alimentação aplicada dentro desta gama mais ampla.

2.2 Características Óticas

Medidas a uma temperatura ambiente (T_a) de 25°C e uma tensão de alimentação (V_DD) de 5V com todos os canais de cor definidos para brilho máximo (dados = 8'b11111111).

• Intensidade Luminosa (I_V):
  • Vermelho (AlInGaP): 600 - 1200 mcd (Típico)
  • Verde (InGaN): 1100 - 2200 mcd (Típico)
  • Azul (InGaN): 270 - 540 mcd (Típico)
  O chip verde apresenta tipicamente a maior saída, seguido do vermelho e depois do azul. Este desequilíbrio é comum em LEDs RGB e deve ser considerado nos algoritmos de mistura de cores para alcançar um ponto de branco desejado ou um matiz específico.
• Ângulo de Visão (2θ_1/2): 120 graus. Este amplo ângulo de visão, definido como o ângulo onde a intensidade cai para metade do seu valor no eixo, é característico da lente difusa branca, fornecendo um padrão de emissão de luz amplo e suave, adequado para iluminação de área.
• Comprimento de Onda Dominante (λ_d):
  • Vermelho: 615 - 630 nm
  • Verde: 515 - 530 nm
  • Azul: 455 - 470 nm
  Estas gamas definem a cor primária da luz emitida por cada chip. O lote específico dentro destas gamas para uma determinada unidade determina as suas coordenadas de cor precisas.

2.3 Características Elétricas

Especificadas ao longo de toda a gama de temperatura de operação (-40°C a +85°C) e gama de tensão de alimentação (4.2V a 5.5V).

• Corrente de Saída do CI por Canal (I_F): 20 mA (Típico). O driver CI integrado regula a corrente fornecida a cada chip LED individual Vermelho, Verde e Azul para este valor constante, garantindo brilho estável e consistência de cor independentemente das variações da tensão direta.
• Níveis Lógicos de Entrada:
  • Tensão de Entrada de Nível Alto (V_IH): 2.7V mín. até V_DD. Compatível com saídas de microcontrolador de 3.3V e 5V.
  • Tensão de Entrada de Nível Baixo (V_IL): 0V a 1.0V máx.
• Corrente de Repouso do CI (I_DD): 1.5 mA (Típico). Esta é a corrente consumida pelo próprio driver CI integrado quando todas as saídas LED estão desligadas (todos os bits de dados são '0').

3. Explicação do Sistema de Binning

3.1 Binning de Coordenadas de Cromaticidade CIE

O documento fornece uma tabela de bins de cor baseada nas coordenadas de cromaticidade CIE 1931 (x, y). A luz emitida por cada LED é testada e categorizada em bins específicos (ex.: A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3). Cada bin é definido por uma área quadrilátera no diagrama de cromaticidade, especificada por quatro pontos de coordenadas (x, y). A tolerância para colocação dentro de um bin é de +/- 0.01 em ambas as coordenadas x e y. Este binning garante consistência de cor entre diferentes lotes de produção. Os projetistas podem especificar um código de bin ao encomendar para obter uma correspondência de cor mais rigorosa na sua aplicação, o que é crítico para displays ou instalações com múltiplos LEDs onde a uniformidade de cor é primordial.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Intensidade Relativa vs. Comprimento de Onda (Distribuição Espectral)

O gráfico fornecido (Fig. 1) mostra a distribuição espectral de potência relativa para os chips Vermelho, Verde e Azul. Cada curva exibe um pico distinto correspondente à sua gama de comprimento de onda dominante. A curva Vermelha está centrada em ~625nm, a Verde em ~525nm e a Azul em ~465nm. A largura destes picos (Largura a Meia Altura) influencia a pureza da cor; picos mais estreitos geralmente produzem cores mais saturadas. A sobreposição entre os espectros Verde e Vermelho é mínima, o que é benéfico para alcançar uma ampla gama de cores.

4.2 Corrente Direta vs. Curva de Derating por Temperatura Ambiente

O gráfico (Fig. 2) ilustra a relação entre a corrente direta total máxima permitida (I_F) e a temperatura ambiente de operação (T_A). À medida que a temperatura aumenta, a corrente máxima permitida diminui linearmente. Este derating é necessário para evitar que a temperatura de junção dos chips LED e do driver CI exceda os limites seguros, o que aceleraria a degradação e reduziria a vida útil. Na temperatura máxima de operação de 85°C, a corrente total permitida é significativamente inferior ao valor máximo absoluto de 65mA especificado a 25°C. Esta curva deve ser consultada para um projeto térmico fiável.

4.3 Distribuição Espacial (Padrão de Intensidade Luminosa)

O diagrama polar (Fig. 3) mapeia a intensidade luminosa relativa normalizada em função do ângulo de visão. O gráfico confirma o ângulo de visão de 120 graus, mostrando uma distribuição suave, aproximadamente lambertiana, típica de uma lente difusa. A intensidade é máxima a 0 graus (no eixo) e diminui simetricamente para 50% do seu pico a +/-60 graus do eixo.

5. Informações Mecânicas e de Encapsulamento

5.1 Dimensões e Configuração do Encapsulamento

O componente é acondicionado num encapsulamento de montagem em superfície com dimensões totais de aproximadamente 5.0mm de comprimento, 5.0mm de largura e 1.6mm de altura (tolerância ±0.2mm). O encapsulamento apresenta uma lente plástica difusa branca. A configuração dos terminais consiste em quatro contactos:

1. VSS: Terra (referência 0V).
2. DIN: Entrada do Sinal de Dados de Controlo. Recebe o fluxo de dados em série para este LED específico.
3. DOUT: Saída do Sinal de Dados de Controlo. Encaminha o fluxo de dados recebido para o pino DIN do próximo LED numa ligação em cascata.
4. VDD: Entrada de Alimentação DC (+4.2V a +5.5V).

5.2 Layout Recomendado dos Contactos de Fixação na PCB

É fornecido um diagrama do padrão de contactos para orientar o projeto da placa de circuito impresso (PCB). Seguir estas dimensões e espaçamentos recomendados para os contactos garante a formação adequada das juntas de soldadura durante o refluxo, uma conexão elétrica fiável e resistência mecânica adequada. O projeto inclui tipicamente conexões de alívio térmico e aberturas apropriadas na máscara de solda.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Perfil de Soldadura por Refluxo IR

É fornecido um perfil de refluxo infravermelho (IR) sugerido, em conformidade com a norma J-STD-020B para processos de soldadura sem chumbo. O gráfico do perfil mostra os parâmetros-chave: pré-aquecimento, imersão, temperatura de pico de refluxo e taxas de arrefecimento. A temperatura de pico tipicamente não deve exceder significativamente a temperatura máxima de armazenamento do componente (100°C) por mais do que um tempo especificado para evitar danos no encapsulamento plástico ou stress interno. Seguir este perfil é crítico para obter juntas de soldadura fiáveis sem sujeitar o LED e o CI integrado a choque térmico.

6.2 Limpeza

Se for necessária limpeza pós-soldadura, o componente pode ser imerso em álcool etílico ou isopropílico à temperatura ambiente por menos de um minuto. É proibido o uso de produtos de limpeza químicos não especificados ou agressivos, pois podem danificar a lente plástica ou o material do encapsulamento.

7. Embalagem e Informação de Encomenda

7.1 Especificações da Fita e da Bobina

Os componentes são fornecidos embalados em fita transportadora relevada com uma fita de cobertura protetora, enrolada em bobinas de 7 polegadas (178mm) de diâmetro. A largura da fita é de 12mm. A quantidade de embalagem padrão é de 1000 peças por bobina, com uma quantidade mínima de encomenda de 500 peças para bobinas parciais. São fornecidas dimensões detalhadas para os compartimentos da fita e da bobina para garantir compatibilidade com os alimentadores de equipamentos de montagem automática.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Iluminação de Estado e Indicadores: Indicadores de estado multicolor em equipamentos de telecomunicações, rede e industrial.
• Iluminação Decorativa e Arquitetónica: Fitras de LED, iluminação de ambiente e realces de mudança de cor em produtos de consumo.
• Retroiluminação: Retroiluminação de painel frontal ou logótipo com efeitos de cor dinâmicos.
• Displays de Cor Total: Como píxeis individuais em displays LED de cor total interior de baixa resolução, quadros de mensagens ou painéis de luz suave.

8.2 Considerações de Projeto

• Fonte de Alimentação: Garanta uma alimentação regulada de 5V limpa, com capacidade de corrente adequada para o número de LEDs utilizados. Considere a corrente de entrada quando muitos LEDs ligarem simultaneamente.
• Integridade do Sinal de Dados: Para cascatas longas ou altas taxas de dados, considere bufferização de sinal ou mudança de nível se o microcontrolador operar a 3.3V, uma vez que o V_IHmínimo é 2.7V.
• Gestão Térmica: Cumpra a curva de derating de corrente (Fig. 2). Forneça área de cobre adequada na PCB por baixo e em torno dos contactos do LED para atuar como dissipador de calor, especialmente em aplicações de alto brilho ou alta temperatura ambiente.
• Mistura de Cores: O software ou firmware deve considerar as diferentes intensidades luminosas dos canais R, G e B (conforme os valores típicos na secção 2.2) para alcançar uma mistura de cores precisa e um ponto de branco neutro.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

O diferencial chave deste componente em comparação com um LED RGB discreto padrão é o driver de corrente constante integrado com controlo PWM digital. Um LED RGB discreto requer três resistores limitadores de corrente separados (ou um sumidouro de corrente constante mais complexo) e três canais PWM de microcontrolador para controlo. Esta solução integrada consolida o circuito driver, reduz a contagem de componentes na PCB, simplifica o firmware (usando um protocolo serial em vez de múltiplos temporizadores PWM) e permite uma fácil ligação em cascata para instalações escaláveis. A contrapartida é um custo unitário ligeiramente superior e uma definição de corrente fixa (tipicamente 20mA).

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

10.1 Quantos destes LEDs posso ligar em cascata?

Teoricamente, um número muito elevado, uma vez que cada LED regenera e retransmite o sinal de dados. O limite prático é determinado pela taxa de atualização desejada e pela integridade do sinal de dados. O tempo total de transmissão de dados para N LEDs é N * 24 bits * (1.2 µs ± 300ns) mais um pulso de reset. Para uma atualização de 30 fps, isto limita a cascata a várias centenas de LEDs. A degradação do sinal em cascatas longas pode exigir reforço periódico do sinal.

10.2 Posso acionar este LED com um microcontrolador de 3.3V?

Sim, a especificação de tensão de entrada alta (V_IH) mínima de 2.7V é compatível com uma saída lógica alta de 3.3V (~3.3V). Certifique-se de que o pino GPIO do microcontrolador pode fornecer/absorver corrente suficiente para a entrada DIN. A fonte de alimentação (V_DD) deve ainda estar entre 4.2V e 5.5V.

10.3 Porque é que a corrente total máxima é de 65mA se cada canal é de 20mA?

Os 20mA por canal são uma corrente de operação típica definida pelo driver interno. O valor máximo absoluto de 65mA é um limite de stress para todo o encapsulamento, considerando o calor combinado gerado por todos os três LEDs e pelo driver CI a operar simultaneamente no brilho máximo. A curva de derating (Fig. 2) mostra que a temperaturas elevadas, a corrente de operação segura é muito inferior a 65mA.

11. Exemplo de Caso de Utilização Prático

Cenário: Projetar um anel de luz decorativo de mudança de cor com 16 LEDs.Os LEDs seriam dispostos num círculo e ligados em cascata. Uma única fonte de alimentação de 5V, 1A seria suficiente (16 LEDs * ~1.5mA de corrente de repouso do CI + 16 LEDs * 3 canais * 20mA máx. * ciclo de trabalho). Um microcontrolador (ex.: um Arduino ou ESP32) precisaria apenas de um pino GPIO ligado ao DIN do primeiro LED. O firmware criaria um fluxo de dados contendo valores de cor de 24 bits (8 bits cada para R, G, B) para todos os 16 LEDs, seguido de um pulso de reset. Este fluxo é enviado continuamente para criar animações. A lente difusa branca garante que os pontos individuais dos LEDs se misturem num anel de luz suave.

12. Introdução ao Princípio de Operação

O dispositivo opera com base num princípio de comunicação serial digital. O CI integrado contém registos de deslocamento e latches para cada canal de cor. Um fluxo de dados serial é introduzido no CI através do pino DIN. Cada bit de dados é representado pelo temporização de um pulso alto dentro de um período fixo de 1.2µs. Um bit '0' é um pulso alto curto (~300ns), e um bit '1' é um pulso alto longo (~900ns). Os primeiros 24 bits recebidos correspondem aos valores de brilho de 8 bits para Verde, Vermelho e Azul (tipicamente nessa ordem, GRB). Após receber os seus 24 bits, o CI retransmite todos os bits subsequentes do seu pino DOUT, permitindo que os dados se propaguem em cascata. Um sinal baixo no DIN com duração superior a 250µs (RESET) faz com que todos os CIs na cadeia armazenem os dados recebidos nos drivers de saída, atualizando o brilho dos LEDs simultaneamente.

13. Tendências Tecnológicas

A integração de drivers CI diretamente nos encapsulamentos LED representa uma tendência significativa no design de componentes LED, caminhando para soluções de "LED inteligente". Esta tendência reduz a complexidade do sistema, melhora a fiabilidade ao minimizar as conexões externas e permite um controlo mais sofisticado (como endereçabilidade individual). Desenvolvimentos futuros podem incluir maior integração (incorporando microcontroladores ou controladores sem fios), melhor consistência de cor através de calibração no chip, maior resolução PWM (10-bit, 12-bit, 16-bit) para um controlo de cor mais refinado e protocolos de comunicação melhorados com taxas de dados mais altas e correção de erros para instalações em grande escala mais robustas.