LED RGB SMD com CI Integrado - Controlo de Corrente Constante - 5V - 65mA - Lente Difusa Branca - Ficha Técnica em Português

1. Visão Geral do Produto

Este documento detalha as especificações de um componente LED RGB de montagem em superfície que integra um circuito de controlo e os chips RGB num único pacote. Este design integrado forma um ponto de pixel completo e individualmente endereçável, eliminando a necessidade de circuitos de driver externos para operação de corrente constante. O dispositivo é projetado para montagem automática em PCB e é adequado para aplicações com restrições de espaço numa vasta gama de equipamentos eletrónicos.

1.1 Vantagens Principais e Mercado-Alvo

A principal vantagem deste componente é o seu design "tudo-em-um". Ao incorporar um CI driver de 8 bits, fornece controlo PWM de corrente constante para cada um dos chips vermelho, verde e azul. Isto permite que cada cor primária atinja 256 níveis de brilho, possibilitando a criação de mais de 16,7 milhões de cores distintas. A transmissão de sinal entre múltiplas unidades é simplificada através de uma porta de cascata de fio único. Características-chave incluem conformidade RoHS, embalagem compatível com equipamento de colocação automática e adequação para processos de soldadura por refluxo infravermelho. As suas aplicações-alvo abrangem telecomunicações, automação de escritório, eletrodomésticos, equipamento industrial, indicadores de estado, retroiluminação de painéis frontais, módulos de cor total, iluminação decorativa e ecrãs de vídeo interiores.

2. Parâmetros Técnicos: Interpretação Objetiva e Detalhada

2.1 Valores Máximos Absolutos

A operação do dispositivo além destes limites pode causar danos permanentes. Os valores máximos absolutos são especificados a uma temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Dissipação de Potência (P):358 mW. Este é o máximo de potência total que o pacote pode dissipar.
• Intervalo de Tensão de Alimentação (VDD):+4,2V a +5,5V. O CI integrado requer este intervalo de tensão regulada para um funcionamento adequado.
• Corrente Direta DC Total (IF):65 mA. Esta é a corrente total máxima que pode ser fornecida aos chips RGB combinados.
• Intervalo de Temperatura de Funcionamento:-40°C a +85°C.
• Intervalo de Temperatura de Armazenamento:-40°C a +100°C.

2.2 Características Óticas

O desempenho ótico é medido a Ta=25°C, VDD=5V e com todos os canais de cor definidos para brilho máximo (8'b11111111).

• Intensidade Luminosa (Iv):
  • Vermelho (AlInGaP): 340 mcd (Mín.), 800 mcd (Máx.)
  • Verde (InGaN): 600 mcd (Mín.), 1500 mcd (Máx.)
  • Azul (InGaN): 150 mcd (Mín.), 360 mcd (Máx.)
• Ângulo de Visão (2θ1/2):120 graus (Típico). Este é o ângulo total no qual a intensidade luminosa é metade da intensidade no eixo.
• Comprimento de Onda Dominante (λd):
  • Vermelho: 615 nm a 630 nm
  • Verde: 520 nm a 535 nm
  • Azul: 460 nm a 475 nm

2.3 Características Elétricas

Os parâmetros elétricos são especificados num intervalo de temperatura ambiente de -20°C a +70°C e num intervalo de tensão de alimentação (VDD) de 4,2V a 5,5V.

• Corrente de Saída do CI (IF):20 mA (Típico) por canal de cor (Vermelho, Verde, Azul separadamente). Esta é a corrente constante definida pelo driver integrado.
• Níveis de Tensão de Entrada:
  • Tensão de Entrada de Nível Alto (VIH): 2,7V mín. a VDD máx. para DIN e outros pinos de controlo.
  • Tensão de Entrada de Nível Baixo (VIL): 0V mín. a 1,0V máx.
• Corrente de Funcionamento do CI (IDD):1,5 mA (Típico) quando todos os dados do LED estão definidos como '0' (estado desligado).

2.4 Temporização da Transferência de Dados

O CI integrado utiliza um protocolo de comunicação serial específico. O período total para um bit (TH + TL) é de 1,2μs ±300ns.

• T0H (código 0, tempo em alto):300 ns ±150ns
• T0L (código 0, tempo em baixo):900 ns ±150ns
• T1H (código 1, tempo em alto):900 ns ±150ns
• T1L (código 1, tempo em baixo):300 ns ±150ns
• RES (Tempo de Reset):>250 μs. Um sinal baixo no DIN com duração superior a este valor reinicia o CI.

3. Explicação do Sistema de Binning

O produto utiliza um sistema de binning baseado em coordenadas de cromaticidade CIE para garantir a consistência de cor. Os bins são definidos por quadriláteros no diagrama de cromaticidade CIE 1931 (x, y). A tabela fornecida lista os códigos de bin (A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3) com as coordenadas (x, y) dos seus quatro pontos de canto (Ponto1 a Ponto4). A tolerância para cada coordenada CIE (x, y) dentro de um bin é de +/- 0,01. Este sistema permite aos projetistas selecionar LEDs do mesmo código de bin para obter uma aparência de cor uniforme numa matriz ou ecrã.

4. Análise das Curvas de Desempenho

4.1 Intensidade Relativa vs. Comprimento de Onda

O gráfico de distribuição espectral mostra os picos de emissão para as três cores. O LED Vermelho (usando tecnologia AlInGaP) tem um comprimento de onda dominante na gama de 615-630nm. Os LEDs Verde e Azul (usando tecnologia InGaN) têm picos nas gamas de 520-535nm e 460-475nm, respetivamente. As curvas ajudam a compreender a pureza da cor e a possível sobreposição entre canais.

4.2 Corrente Direta vs. Curva de Derating da Temperatura Ambiente

Este gráfico ilustra a corrente direta máxima permitida para o LED em função da temperatura ambiente. À medida que a temperatura aumenta, a corrente máxima permitida diminui linearmente para evitar sobreaquecimento e garantir fiabilidade. Este é um gráfico crítico para o projeto de gestão térmica.

4.3 Distribuição Espacial (Intensidade Luminosa vs. Ângulo)

O diagrama polar representa a intensidade luminosa relativa em função do ângulo de visão. O padrão de feixe simétrico e amplo com um ângulo de visão de 120 graus confirma a descrição da lente "difusa branca", fornecendo uma iluminação ampla e uniforme adequada para aplicações de indicador e retroiluminação.

5. Informações Mecânicas e de Embalagem

5.1 Dimensões do Pacote e Configuração dos Terminais

O componente é um dispositivo de montagem em superfície. A ficha técnica inclui um desenho dimensional detalhado. Todas as dimensões estão em milímetros com uma tolerância padrão de ±0,2 mm, salvo indicação em contrário. A configuração dos terminais é a seguinte:

1. VDD:Entrada de alimentação DC (+4,2V a +5,5V).
2. DIN:Entrada do sinal de dados de controlo.
3. VSS: Ground.
4. DOUT:Saída do sinal de dados de controlo (para cascata para o DIN do LED seguinte).

5.2 Layout Recomendado das Pastilhas de Montagem na PCB

É fornecido um padrão de pastilhas (footprint) sugerido para a PCB para garantir uma soldadura adequada e estabilidade mecânica durante a montagem. Seguir esta recomendação é essencial para obter uma boa fiabilidade das juntas de soldadura.

6. Diretrizes de Soldadura e Montagem

6.1 Perfil de Soldadura por Refluxo IR

É fornecido um gráfico detalhado do perfil de soldadura por refluxo, em conformidade com a J-STD-020B para processos sem chumbo. Especifica os parâmetros críticos: pré-aquecimento, imersão, temperatura de pico de refluxo e taxas de arrefecimento. Aderir a este perfil é crucial para evitar danos térmicos no pacote do LED e no CI interno.

6.2 Limpeza

Se for necessária limpeza após a soldadura, o LED deve ser imerso apenas em álcool etílico ou álcool isopropílico à temperatura ambiente durante menos de um minuto. É proibido o uso de produtos de limpeza químicos não especificados, pois podem danificar o material da embalagem.

7. Embalagem e Informações de Encomenda

O dispositivo é fornecido em formato de fita e bobina compatível com máquinas de pick-and-place automáticas.

• Dimensões da Fita:Largura da fita de 12mm.
• Tamanho da Bobina:Diâmetro de 7 polegadas (178mm).
• Quantidade por Bobina:4000 unidades.
• Quantidade Mínima de Embalagem:500 unidades para lotes remanescentes.
• Fita de Cobertura:Os compartimentos vazios dos componentes são selados com uma fita de cobertura superior.
• Especificação:A embalagem está em conformidade com as normas ANSI/EIA 481.

8. Sugestões de Aplicação

8.1 Cenários de Aplicação Típicos

• Indicadores de Estado & Retroiluminação:Ideal para luzes de estado multicolor em eletrónica de consumo, equipamento de rede e painéis industriais.
• Iluminação Decorativa & Arquitetónica:Adequado para fitas LED de mudança de cor, iluminação de ambiente e iluminação de destaque devido à sua capacidade de cor total e funcionalidade de cascata.
• Ecrãs de Baixa Resolução:Pode ser usado para construir módulos de cor total, candeeiros de luz suave e ecrãs de vídeo interiores irregulares (ex.: fachadas de media, instalações artísticas).

8.2 Considerações de Projeto

• Fonte de Alimentação:Garanta uma fonte de 5V estável e regulada dentro do intervalo de 4,2V-5,5V. Considere a corrente de entrada e os condensadores de desacoplamento próximos do pino VDD.
• Integridade do Sinal de Dados:Mantenha os requisitos de temporização precisos (T0H, T1H, etc.) para o sinal de dados serial. Para cascatas longas ou ambientes ruidosos, considere o buffer de sinal ou a conversão de nível.
• Gestão Térmica:Aderir à curva de derating de corrente. Forneça uma área de cobre adequada na PCB para dissipação de calor, especialmente quando acionar todos os três canais com alto brilho durante períodos prolongados.
• Proteção ESD:Implemente medidas padrão de proteção ESD nas linhas de dados e alimentação durante a manipulação e na aplicação final.

9. Comparação e Diferenciação Técnica

Comparado com LEDs RGB discretos tradicionais que requerem drivers de corrente constante ou resistências externas, esta solução integrada oferece vantagens significativas:

• Design Simplificado:Reduz a contagem de componentes, a área ocupada na PCB e a complexidade do projeto.
• Consistência de Cor Superior:O CI integrado fornece uma corrente constante precisa e estável a cada chip, levando a uma saída de cor mais consistente entre unidades e ao longo do tempo, em comparação com projetos limitados por resistências.
• Dimming de Alta Resolução:PWM de 8 bits (256 passos) por cor permite uma mistura de cores e dimming suaves, possibilitando efeitos de iluminação profissionais.
• Capacidade de Ligação em Cascata (Daisy-Chaining):O protocolo de cascata de fio único simplifica a fiação para grandes matrizes, exigindo apenas um pino GPIO do microcontrolador para controlar uma longa cadeia de LEDs.

10. Perguntas Frequentes (Baseadas nos Parâmetros Técnicos)

P: Qual é a finalidade do CI integrado?

R: Fornece acionamento de corrente constante e controlo de dimming PWM para cada canal de cor internamente, eliminando a necessidade de componentes de limitação de corrente externos e simplificando o controlo do microcontrolador.

P: Quantos LEDs posso ligar numa cadeia?

R: Teoricamente, um número muito grande, pois cada LED regenera o sinal de dados. O limite prático é determinado pela taxa de atualização de dados necessária e pela queda de tensão cumulativa na linha de alimentação (VDD). Para cadeias longas, é recomendada a injeção de energia em múltiplos pontos.

P: Posso acionar este LED com um microcontrolador de 3,3V?

R: O nível alto de entrada de dados (VIH) mínimo é de 2,7V. Um nível lógico alto de 3,3V (tipicamente 3,3V) cumpre este requisito, portanto é geralmente compatível. Certifique-se de que a alimentação de 5V para o LED (VDD) está separada da alimentação de 3,3V do microcontrolador.

P: Por que é que a corrente direta está fixa em 20mA?

R: O CI integrado está pré-configurado para fornecer uma corrente constante de 20mA (típico) a cada chip LED. Isto otimiza o desempenho e a fiabilidade. O brilho é controlado exclusivamente através do ciclo de trabalho PWM, não variando a amplitude da corrente.

11. Exemplo Prático de Utilização

Cenário: Projetar um indicador de estado compacto e personalizável em cor para um hub de casa inteligente.

O projetista utiliza este LED porque um único componente fornece luz vermelha, verde e azul. O microcontrolador envia um fluxo de dados serial simples para definir a cor (ex.: vermelho para offline, ciano para ligado, roxo para atualização). O acionamento de corrente constante garante que o brilho permaneça estável independentemente de flutuações menores na fonte de alimentação. O amplo ângulo de visão torna o indicador visível a partir de vários ângulos. A embalagem de montagem em superfície permite um design elegante de painel plano. A embalagem em fita e bobina permite uma montagem rápida e automatizada durante a produção em massa.

12. Introdução ao Princípio de Funcionamento

O dispositivo funciona num princípio simples. Um microcontrolador externo envia um fluxo de dados serial para o pino DIN. Este fluxo contém 24 bits de dados (8 bits para cada um dos níveis de brilho vermelho, verde e azul). O CI integrado dentro do primeiro LED lê estes primeiros 24 bits, retém-os e, em seguida, desloca o fluxo de dados restante para fora através do seu pino DOUT para o pino DIN do próximo LED na cadeia. O CI utiliza então a Modulação por Largura de Pulso (PWM) para controlar as fontes de corrente constante ligadas a cada chip LED. Uma corrente de 20mA é ligada e desligada muito rapidamente. A relação entre o tempo ligado e o tempo desligado (ciclo de trabalho) dentro de um período fixo determina o brilho percebido de cada cor, permitindo uma mistura de cores precisa.

13. Tendências Tecnológicas

A integração da eletrónica de controlo diretamente nos pacotes LED representa uma tendência clara na indústria, movendo-se em direção a LEDs "inteligentes". Esta tendência visa simplificar o design do produto final, melhorar a consistência do desempenho e permitir funcionalidades mais avançadas, como a capacidade de endereçamento individual em matrizes densas. Desenvolvimentos futuros podem incluir maior profundidade de bits para controlo de cor (10 bits, 12 bits), sensores integrados (ex.: para temperatura ou feedback de luz) e protocolos de comunicação mais robustos ou de maior velocidade. O foco permanece no aumento da integração, redução do custo do sistema e melhoria da fiabilidade para aplicações em iluminação geral, automóvel e ecrãs de alta resolução.