Техническая спецификация LTPL-P033RGB - Мощный RGB светодиод - Красный/Зеленый/Синий - 150мА

1. Обзор продукта

LTPL-P033RGB — это мощный, энергоэффективный и сверхкомпактный твердотельный источник света. Он сочетает в себе долгий срок службы и преимущества надежности светоизлучающих диодов с уровнями яркости, необходимыми для замены традиционных технологий освещения. Это устройство предоставляет разработчикам значительную свободу в создании инновационных решений для освещения в широком спектре применений.

1.1 Ключевые особенности

• Мощный светодиодный источник света
• Мгновенный световой выход (менее 100 наносекунд)
• Работа от низкого постоянного напряжения
• Корпус с низким тепловым сопротивлением
• Соответствует директиве RoHS, не содержит свинца
• Совместим с процессами бессвинцовой пайки оплавлением

1.2 Целевые области применения

Данный светодиод предназначен для разнообразных применений в освещении, включая, но не ограничиваясь:

• Светильники для чтения в салонах автомобилей, автобусов и самолетов
• Портативное освещение, такое как фонарики и велосипедные фары
• Архитектурное освещение: точечные светильники, ориентационные огни, скрытая подсветка, подсветка под полками и рабочее освещение
• Декоративное и развлекательное освещение
• Наружное освещение: болларды, охранные светильники и садовое освещение
• Сигнальные применения: светофоры, маяки и светофоры на железнодорожных переездах
• Краевая подсветка знаков для указателей выхода и дисплеев в точках продаж
• Общее внутреннее и наружное коммерческое и жилое архитектурное освещение

2. Конструкция и механические размеры

Устройство выполнено в компактном корпусе для поверхностного монтажа. Все критические размеры приведены в спецификации со стандартным допуском +/- 0,2 мм, если не указано иное. Механический чертеж показывает посадочное место корпуса, расположение выводов и общую высоту, что критически важно для разводки печатной платы и проектирования системы теплового управления.

3. Предельные эксплуатационные параметры и характеристики

Все параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C. Превышение этих пределов может привести к необратимому повреждению устройства.

3.1 Электрические параметры

• Прямой ток (I_F): 150 мА (постоянный) для всех цветов (Красный, Зеленый, Синий).
• Импульсный прямой ток (I_FP): 300 мА (импульсный) для всех цветов. Условие: скважность 1/10, длительность импульса ≤10 мкс.
• Рассеиваемая мощность (P_D): Красный: 360 мВт; Зеленый: 540 мВт; Синий: 540 мВт.

3.2 Тепловые и климатические параметры

• Диапазон рабочих температур (T_opr): от -30°C до +85°C.
• Диапазон температур хранения (T_stg): от -40°C до +100°C.
• Максимальная температура перехода (T_j): 125°C.

Важные примечания:Запрещена длительная работа в условиях обратного напряжения. Настоятельно рекомендуется следовать предоставленным кривым снижения номинальных параметров при работе вблизи предельных значений, чтобы обеспечить нормальную и надежную работу светодиода.

4. Электрооптические характеристики

Типичные параметры производительности измерены при Ta=25°C и I_F=150мА.

4.1 Световой поток

• Световой поток (тип.): Красный: 21 лм; Зеленый: 50 лм; Синий: 9 лм. Световой поток — это общий световой выход, измеренный с помощью интегрирующей сферы.
• Сила света (тип., для справки): Красный: 6,8 кд; Зеленый: 12,5 кд; Синий: 3,0 кд.

4.2 Спектральные и электрические характеристики

• Доминирующая длина волны: Красный: 610-630 нм; Зеленый: 515-535 нм; Синий: 450-470 нм.
• Прямое напряжение (V_F): Красный: 1,5-2,6 В; Зеленый: 2,8-3,8 В; Синий: 2,8-3,8 В.
• Угол обзора: 120 градусов (типично для всех цветов).

Стандарт испытаний:Для измерений светового потока, доминирующей длины волны и прямого напряжения используется ссылка на CAS-140B.

5. Анализ типичных кривых производительности

В спецификации приведены несколько ключевых графиков, необходимых для схемотехнического и теплового проектирования.

5.1 Спектральное распределение

Рисунок 1 показывает относительную спектральную интенсивность в зависимости от длины волны для каждого цвета. Эта кривая жизненно важна для понимания чистоты цвета и потенциального применения в системах смешения цветов.

5.2 Диаграмма направленности

Рисунок 2 иллюстрирует пространственную диаграмму направленности (интенсивности), подтверждая широкий угол обзора 120 градусов. Для данного типа корпуса диаграмма обычно является ламбертовской.

5.3 Зависимость тока от напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Рисунок 3 показывает зависимость прямого тока от прямого напряжения для каждого цвета. Красный светодиод имеет более низкое прямое напряжение (типично ~2,0В при 150мА) по сравнению с зеленым и синим (типично ~3,2В-3,4В при 150мА). Это критический параметр для проектирования драйвера, так как для каждого цветового канала в RGB-системе требуются разные напряжения питания или токоограничивающие резисторы.

5.4 Зависимость тока от светового потока

Рисунок 4 показывает взаимосвязь между прямым током и относительным световым потоком. Выходная мощность, как правило, линейно зависит от тока в нормальном рабочем диапазоне, но эффективность может снижаться при очень высоких токах из-за повышения температуры перехода и других эффектов.

5.5 Тепловые характеристики

Рисунок 5 является одним из наиболее важных графиков, показывая зависимость относительного светового потока от температуры платы. Он служит кривой снижения номинальных параметров. Выходная мощность уменьшается с ростом температуры. Примечание указывает, что данные основаны на покрытии припоем более 80% для хорошего теплового контакта, и рекомендуется не включать светодиод, когда температура платы превышает 85°C, для сохранения производительности и долговечности.

5.6 Зависимость тока от доминирующей длины волны

Рисунок 6 показывает, как доминирующая длина волны смещается с изменением прямого тока. Как правило, длина волны слегка увеличивается с ростом тока из-за нагрева перехода и других физических эффектов в полупроводнике. Это важно для применений, критичных к цвету.

6. Система сортировки и классификации

Светодиоды сортируются (биннируются) на основе их светового потока при 150мА для обеспечения однородности.

6.1 Бинны красных светодиодов (R1 до R5)

Бинны варьируются от R1 (18-21 лм) до R5 (30-33 лм).

6.2 Бинны зеленых светодиодов (G1 до G7)

Бинны варьируются от G1 (35-39 лм) до G7 (59-63 лм).

6.3 Бинны синих светодиодов (B1 до B4)

Бинны варьируются от B1 (6-9 лм) до B4 (15-18 лм).

К каждому бину светового потока применяется допуск +/-10%. Код бина нанесен на каждую упаковочную пачку для обеспечения прослеживаемости.

7. Рекомендации по пайке и сборке

7.1 Профиль пайки оплавлением

Устройство совместимо с бессвинцовой пайкой оплавлением. Предоставлен детальный температурно-временной профиль:

• Пиковая температура (T_P): макс. 260°C.
• Время выше 217°C (T_L): 60-150 секунд.
• Время в пределах 5°C от пика (t_P): макс. 5 секунд.
• Предварительный нагрев: 150-200°C в течение 60-180 секунд.
• Скорость нагрева: макс. 3°C/сек (от T_Smaxдо T_P).
• Скорость охлаждения: макс. 6°C/сек.
• Общее время цикла: макс. 8 минут от 25°C до пика.

7.2 Ручная пайка

Если необходима ручная пайка, рекомендуемые условия: максимальная температура жала паяльника 350°C, максимальное время пайки одной точки — 2 секунды, однократно.

7.3 Критические замечания по сборке

• Все температурные характеристики относятся к верхней стороне корпуса.
• Профиль может потребовать корректировки в зависимости от характеристик конкретной паяльной пасты.
• Не рекомендуется процесс быстрого охлаждения (закалки) от пиковой температуры.
• Всегда используйте минимально возможную температуру пайки, обеспечивающую надежное соединение.
• Работоспособность устройства не гарантируется при сборке методом волновой пайки.

8. Рекомендуемая разводка контактных площадок на печатной плате

Предоставлен детальный дизайн контактных площадок со всеми размерами в миллиметрах. Конструкция обеспечивает правильное формирование паяльного валика и электрическую изоляцию между площадками анода/катода и любой тепловой площадкой или металлизацией платы. Соблюдение данной разводки критически важно для механической стабильности, электрических характеристик и оптимального отвода тепла от кристалла светодиода к печатной плате.

9. Спецификации упаковки на ленте и в катушке

Светодиоды поставляются на ленте в катушках для автоматизированной сборки.

• Размер катушки: 7 дюймов.
• Количество: 1000 штук на полную катушку. Минимальное количество упаковки для остатков — 500 штук.
• Герметизация ячеек: Пустые ячейки для компонентов запечатаны верхней покровной лентой.
• Качество: Допускается не более двух последовательно отсутствующих светодиодов.
• Стандарт: Упаковка соответствует спецификациям EIA-481-1-L23.

10. Надежность и квалификационные испытания

На выборочных партиях были проведены обширные испытания на надежность.

10.1 Условия испытаний и результаты

Испытания проводились на 22 образцах для каждого условия, отказов не зафиксировано:

• Рабочий ресурс при высокой/низкой/комнатной температуре (по 1000 часов каждый).
• Срок хранения при высокой/низкой температуре (500-1000 часов).
• Влаготепловые испытания (85°C/85% относительной влажности в течение 500 часов).
• Термоциклирование (-40°C до 100°C, 100 циклов).
• Термоудар (-40°C до 100°C, 100 циклов).

10.2 Критерии отказа

Устройство считается вышедшим из строя, если после испытаний при измерении при I_F=150мА превышает один из следующих пределов:

• Прямое напряжение (V_f) > 110% от его начального значения.
• Световой поток<70% от его начального значения.

11. Рекомендации по проектированию приложений

11.1 Проектирование схемы драйвера

Из-за разного прямого напряжения красных (ниже V_f) и зеленых/синих (выше V_f) светодиодов, типичный RGB-драйвер будет использовать отдельные токоограничивающие цепи или источник постоянного тока с независимыми каналами. Максимальный постоянный ток составляет 150мА на каждый цвет. Для импульсного режима работы (например, ШИМ-диммирования) убедитесь, что параметры импульса остаются в пределах I_FP rating.

11.2 Тепловое управление

Эффективный теплоотвод имеет первостепенное значение. Данные на Рисунке 5 ясно показывают снижение выходной мощности с ростом температуры. Для поддержания яркости и срока службы:

• Используйте рекомендуемую разводку контактных площадок с высокой теплопроводностью.
• Проектируйте печатную плату с достаточной площадью меди (тепловыми площадками), соединенными с тепловым путем светодиода.
• Рассмотрите возможность использования тепловых переходных отверстий для отвода тепла на внутренние слои или обратную сторону платы.
• В конечном применении обеспечьте достаточный поток воздуха или другие механизмы охлаждения, если светодиод работает на высоких токах или при высоких температурах окружающей среды.
• Контролируйте температуру платы и избегайте превышения 85°C.

11.3 Оптическое проектирование

Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкий, равномерный луч, подходящий для общего освещения и вывесок. Для сфокусированных лучей потребуются вторичная оптика (линзы или отражатели). Разработчикам следует учитывать различную силу света каждого цвета при создании белого света или определенных цветовых смесей.

12. Сравнение и позиционирование продукта

LTPL-P033RGB позиционируется как универсальный мощный RGB светодиод, подходящий для широкого спектра применений, требующих смешения цветов или индивидуального цветового выхода. Его ключевые преимущества включают стандартизированный корпус, широкий угол обзора, четкую структуру бинов для однородности и надежные спецификации для стабильного производства (совместимость с пайкой оплавлением, лента и катушка). Он разработан как рабочая лошадка для твердотельных осветительных решений, заменяющих старые технологии.

13. Часто задаваемые вопросы (на основе технических данных)

В: Могу ли я питать все три цвета (RGB) от одного источника постоянного напряжения с резистором?

О: Не оптимально. Красный светодиод имеет значительно более низкое прямое напряжение (~2,0В), чем зеленый/синий (~3,2В). Использование одного напряжения потребует разных значений резисторов для каждого канала, чтобы достичь одинакового тока 150мА. Использование независимых драйверов постоянного тока или ШИМ-каналов является рекомендуемым методом для управления и смешения цветов.

В: Что является основной причиной снижения яркости светодиода со временем?

О: Основная причина — высокая температура перехода. Работа светодиода выше рекомендуемого диапазона температур (см. Рисунок 5) ускоряет процесс старения полупроводниковых материалов и люминофоров (если присутствуют), что приводит к постоянному снижению светового потока. Правильное тепловое управление является наиболее критическим фактором для долгосрочной надежности.

В: Как интерпретировать код бина светового потока?

О: Код (например, R3, G5, B2), напечатанный на упаковочной пачке, указывает гарантированный минимальный и максимальный диапазон светового выхода для данного конкретного светодиода при 150мА. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с согласованной яркостью для однородного внешнего вида в многодиодных светильниках или гарантировать минимальный световой выход для своей конструкции.

В: Подходит ли этот светодиод для использования на улице?

О: Рабочий диапазон температур (-30°C до +85°C) и успешное прохождение влаготепловых испытаний (85°C/85% относительной влажности) указывают на устойчивость к воздействию окружающей среды. Однако для длительного наружного использования сам светодиод должен быть должным образом загерметизирован или размещен в светильнике, обеспечивающем защиту от влаги, УФ-излучения и механических повреждений, так как корпус светодиода сам по себе не является водонепроницаемым.

14. Практический пример проектирования: RGB светильник настроения

Сценарий:Проектирование RGB светильника настроения на базе микроконтроллера с регулируемым цветом и яркостью.

Реализация:

1. Драйвер:Используйте 3-канальную микросхему драйвера светодиодов постоянного тока или три отдельных MOSFET, управляемых ШИМ-выходами МК. Установите ограничение тока на уровне 150мА на канал.

2. Источник питания:Обеспечьте стабильное постоянное напряжение, достаточно высокое, чтобы покрыть самое высокое V_f(Синий/Зеленый ~3,8В макс.) плюс падение напряжения на стабилизаторе тока.

3. Тепловое управление:Установите светодиод на печатную плату со сплошной заливкой меди, соединенной с тепловой площадкой. При использовании высоких коэффициентов заполнения ШИМ рассмотрите возможность добавления небольшого радиатора на обратную сторону платы.

4. Управление:МК может независимо регулировать коэффициент заполнения ШИМ для каждого цветового канала (Красный, Зеленый, Синий) от 0% до 100%. Это позволяет создавать миллионы цветов путем смешения основных выходов с разной интенсивностью.

5. Оптика:Используйте рассеивающую линзу или крышку над светодиодом, чтобы смешать три цветные точки в единую, равномерную область света.

15. Технологическая основа и тенденции

Светоизлучающие диоды (СИД) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет при прохождении через них электрического тока. Цвет света определяется шириной запрещенной зоны используемых полупроводниковых материалов. LTPL-P033RGB использует отдельные кристаллы для красного (вероятно, на основе материалов AlInGaP) и для зеленого/синего (на основе материалов InGaN), размещенные в одном корпусе. Тенденция в мощных светодиодах продолжается в сторону повышения эффективности (больше люмен на ватт), улучшения цветопередачи, повышения надежности и снижения стоимости. Данное устройство представляет собой зрелое, экономически эффективное решение для применений, требующих универсального цветового выхода без необходимости в экстремальной эффективности новейших однокрасочных мощных светодиодов.