Техническая документация на светодиоды серии HPND3535CZ0112 (EU) - 3.5x3.5x1.6мм - 1.75-2.35В - 1070мВт - 660нм глубокий красный

1. Обзор продукта

Серия HPND3535CZ0112 (EU) представляет собой новейшее поколение мощных поверхностно-монтируемых светодиодов в компактном керамическом корпусе 3535. Эта серия разработана с усовершенствованной оптической системой, оптимизированной для обеспечения исключительно высокой яркости и превосходной эффективности фотонной эмиссии. В первую очередь ориентированная на рынок фитоосвещения, данная светодиодная сборка позиционируется как одно из самых эффективных и конкурентоспособных решений для применений, требующих специфического светового спектра для влияния на рост и развитие растений. Её ключевые преимущества включают прочную керамическую подложку для отличного теплового управления, встроенную защиту от электростатического разряда, повышающую надёжность, а также соответствие строгим экологическим и стандартам безопасности, включая RoHS, REACH и требования по отсутствию галогенов.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Предельно допустимые режимы эксплуатации

Максимальный постоянный прямой ток (IF) для прибора составляет 700 мА при условии поддержания температуры тепловой площадки на уровне 25°C. Для импульсного режима работы допустимый пиковый импульсный ток (IPulse) составляет 1250 мА при скважности 1/10 и частоте 1 кГц. Максимальная температура p-n-перехода (TJ) — 125°C, рабочий диапазон температур (TOpr) — от -40°C до +100°C. Тепловое сопротивление (Rth) от перехода до точки пайки составляет 8 °C/Вт, что критически важно для теплового расчёта. Компонент выдерживает максимальную температуру пайки (TSol) 260°C в течение ограниченного времени во время оплавления, при этом допускается не более двух циклов переоплавления для предотвращения деградации корпуса.

2.2 Фотометрические и радиометрические характеристики

Основной цветовой вариант — глубокий красный с пиковой длиной волны (λP), как правило, 660 нм, в диапазоне от 655 нм до 665 нм в зависимости от конкретного бина. Типичный излучаемый поток (оптическая мощность) составляет 1070 мВт при номинальном токе 700 мА, измеренном при температуре тепловой площадки 25°C. Ключевым показателем эффективности для растениеводства является Фотосинтетический Фотонный Поток (PPF), который составляет 5,83 мкмоль/с. Радиометрическая эффективность, показывающая КПД преобразования электрической мощности в оптическую, равна 71%. Угол обзора (2θ1/2) составляет 120 градусов, обеспечивая широкую, ламбертовскую диаграмму направленности, подходящую для равномерного заливающего освещения.

2.3 Электрические характеристики

Прямое напряжение (Vf) при 700 мА обычно составляет около 2,15 В, с диапазоном бинирования от 1,75 В (бин U1) до 2,35 В (бин U2). Прибор обладает надёжной защитой от электростатического разряда (ESD), выдерживая до 8000 В (модель человеческого тела), что крайне важно для монтажа и сборки в промышленных условиях.

3. Объяснение системы бинирования

3.1 Бинирование по излучаемой мощности

Светодиоды сортируются по бинам излучаемой мощности для обеспечения стабильности светового потока. Основная группировка для этой серии включает бины, где минимальная излучаемая мощность составляет 1000 мВт, а максимальная — 1200 мВт. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям по световому потоку для их приложения.

3.2 Бинирование по прямому напряжению

Прямое напряжение разделено на две группы: U1 (1,75В - 2,05В) и U2 (2,05В - 2,35В). Это бинирование определено при рабочем токе 700 мА. Знание бина Vf критически важно для проектирования схемы драйвера, чтобы обеспечить стабильную стабилизацию тока и предсказуемое энергопотребление при использовании нескольких светодиодов в системе.

3.3 Бинирование по длине волны (цвету)

Излучение глубокого красного цвета жёстко контролируется посредством бинирования по длине волны. Доступные бины: D5 (655 нм - 660 нм) и D6 (660 нм - 665 нм). Такой точный контроль жизненно важен для применений в растениеводстве, где определённые длины волн фотонов запускают различные фотоморфогенетические реакции у растений, такие как цветение или удлинение стебля.

4. Анализ кривых характеристик

4.1 Спектральное распределение мощности

График относительного спектрального распределения мощности (SPD) показывает узкий, доминирующий пик с центром около 660 нм с минимальным излучением в других частях спектра. Эта монохроматическая характеристика идеальна для применений, требующих чистого глубокого красного света без потери энергии на неиспользуемые длины волн. Узкая полоса пропускания гарантирует, что излучаемые фотоны обладают высокой эффективностью для стимуляции фотосинтеза, пик поглощения которого находится в красной области.

4.2 Вольт-амперная характеристика

Типичная ВАХ иллюстрирует зависимость прямого тока от прямого напряжения. При номинальном токе накачки 700 мА напряжение составляет приблизительно 2,15 В. Кривая показывает ожидаемую экспоненциальную зависимость, а наклон в рабочей области информирует о динамическом сопротивлении диода, что важно для проектирования драйвера, особенно в схемах с постоянным током.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Механические размеры

Корпус соответствует стандартному форм-фактору 3535 с размерами 3,5 мм x 3,5 мм в длину и ширину. Общая высота составляет приблизительно 1,6 мм. Корпус выполнен на керамической подложке, которая обеспечивает отличную теплопроводность, способствуя эффективному отводу тепла от p-n-перехода светодиода. Линза является неотъемлемой частью корпуса, и в техническом описании явно указано предупреждение о недопустимости приложения к ней силы во время монтажа, так как это может привести к выходу прибора из строя.

5.2 Конфигурация контактных площадок и полярность

Компонент имеет три электрические контактные площадки: Площадка 1 обозначена как Анод (+), Площадка 2 — Катод (-), а центральная площадка 'P' является Тепловой площадкой. Крайне важно отметить, что тепловая площадка электрически изолирована от анода и катода. Эта изоляция позволяет осуществлять прямой тепловой контакт с радиатором или медной заливкой на печатной плате для охлаждения без создания электрического короткого замыкания. При сборке необходимо соблюдать правильную полярность, чтобы предотвратить повреждение.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

6.1 Профиль пайки оплавлением

Компонент предназначен для стандартных процессов поверхностного монтажа (SMT) с использованием бессвинцового припоя. Предоставлен подробный профиль оплавления: предварительный нагрев от 25°C до 150°C со скоростью 2-3°C/сек, выдержка между 150°C и 200°C в течение 60-120 секунд, затем нагрев до пиковой температуры, не превышающей 260°C. Время выше температуры ликвидуса (217°C) должно составлять 60-90 секунд, а время в пределах 5°C от пиковой температуры — 20-40 секунд. Максимальная скорость охлаждения составляет 3-5°C/сек.

6.2 Критические замечания по сборке

Прибор имеет уровень чувствительности к влажности (MSL) 1, что означает неограниченный срок хранения в условиях ≤30°C / 85% относительной влажности и не требует предварительной просушки перед использованием при правильном хранении. Однако настоятельно рекомендуется выполнять пайку оплавлением не более двух раз, чтобы избежать термических напряжений на корпусе и внутренних соединениях. После пайки печатную плату (PCB) не следует изгибать, так как механические напряжения могут привести к разрушению паяных соединений или самого керамического корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

Продукт идентифицируется комплексным каталожным номером, который кодирует его ключевые характеристики. Приведён пример кода заказа: HPND3535CZ0112-NDR55651K0X24700-4H(EU). Этот код определяет серию, цвет глубокий красный (NDR), бин излучаемой мощности, бин длины волны (D5/D6), бин прямого напряжения (U1/U2), ток накачки (700мА) и маркировку соответствия (EU). Разработчики должны использовать полный код заказа, чтобы гарантировать получение точной комбинации бинов характеристик, требуемой для их приложения.

8. Рекомендации по применению

8.1 Основные сценарии применения

Фитолампы и освещение для растениеводства:Это основное применение. Глубокий красный свет 660нм критически важен для процесса фотосинтеза, в частности для активации фотосистемы II. Он используется в дополнительном освещении теплиц, вертикальных фермах и фитотронах для ускорения роста, контроля цветения и увеличения урожайности.

Декоративное и сценическое освещение:Чистый, насыщенный красный цвет подходит для архитектурной подсветки, сценического освещения и тематических развлекательных заведений, где требуются определённые цветовые точки.

Сигнальное и знаковое освещение:Может использоваться в индикаторах состояния, знаках аварийного выхода или других применениях, где требуется высокоинтенсивный, надёжный источник красного света.

8.2 Соображения при проектировании

Тепловое управление:При тепловом сопротивлении 8 °C/Вт и максимальной температуре перехода 125°C эффективный теплоотвод имеет первостепенное значение. Теплоизолированная площадка должна быть соединена с достаточно большой медной областью на печатной плате или с отдельным радиатором с использованием теплопроводящих, но электроизолирующих материалов при необходимости. Недостаточное охлаждение приведёт к снижению светового потока, ускоренной деградации светового потока и возможному преждевременному выходу из строя.

Ток накачки:Хотя номинальный ток составляет 700 мА, работа при более низких токах может значительно улучшить эффективность (люмен на ватт или мкмоль/Дж) и срок службы. Драйвер должен быть типа постоянного тока, согласованный с бином прямого напряжения используемых светодиодов, чтобы обеспечить стабильную и равномерную работу.

Оптическое проектирование:Угол обзора 120 градусов обеспечивает широкое покрытие. Для применений, требующих более сфокусированных пучков, могут использоваться вторичная оптика, такая как отражатели или линзы.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Серия HPND3535CZ0112 (EU) выделяется на рынке мощных светодиодов благодаря нескольким ключевым особенностям. Использование керамического корпуса, в отличие от пластикового, обеспечивает превосходные тепловые характеристики и долгосрочную надёжность, особенно в условиях высоких токов накачки, типичных для растениеводства. Высокая радиометрическая эффективность 71% означает меньшее рассеивание энергии в виде тепла, что позволяет создавать более компактные конструкции светильников. Сочетание высокого PPF (5,83 мкмоль/с) при стандартном токе накачки 700мА и точного нацеливания на длину волны около 660нм делает его особенно оптимизированным для фотосинтетической эффективности, часто превосходящим широкоспектральные или менее эффективные красные светодиоды в специализированных фитолампах.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чём разница между излучаемым потоком (мВт) и Фотосинтетическим Фотонным Потоком (PPF)?

О: Излучаемый поток измеряет общую оптическую мощность в ваттах. PPF измеряет количество фотосинтетически активных фотонов (в диапазоне 400-700 нм), излучаемых в секунду, в микромолях в секунду (мкмоль/с). PPF — это релевантный показатель для роста растений, в то время как излучаемый поток описывает общую световую мощность.

В: Могу ли я питать этот светодиод от источника постоянного напряжения?

О: Нет. Светодиоды — это приборы с токовым управлением. Их прямое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент и варьируется от образца к образцу (как видно из бинирования). Источник постоянного напряжения может привести к тепловому разгону и разрушению светодиода. Всегда используйте драйвер постоянного тока.

В: Почему тепловая площадка электрически изолирована?

О: Электрическая изоляция позволяет припаять площадку непосредственно к большой медной области на печатной плате для максимального рассеивания тепла без создания электрического короткого замыкания между анодом и катодом. Это упрощает тепловой расчёт и повышает эффективность охлаждения.

В: Чем полезна длина волны 660нм для растений по сравнению с другими красными?

О: Пики поглощения хлорофилла находятся в красной и синей областях спектра. Длина волны 660нм тесно совпадает с основным пиком для хлорофилла a и b, что делает её высокоэффективной для активации световых реакций фотосинтеза, влияя на процессы, опосредованные фитохромом, такие как цветение.

11. Практический пример применения

Сценарий: Проектирование модуля дополнительного освещения для листовой зелени на вертикальной ферме.

Инженер по освещению проектирует узкий светодиодный линейный модуль для установки между ярусами вертикальной фермы, выращивающей салат. Цель — обеспечить интенсивное, энергоэффективное освещение для максимизации скорости роста в ограниченном пространстве.

Выбор проектных решений:Инженер выбирает серию HPND3535CZ0112 (EU) из-за её высокого выхода PPF и длины волны 660нм, которая идеально подходит для стимулирования роста листвы. Он выбирает компоненты из бина с более высокой излучаемой мощностью (S3, 1100-1200мВт), чтобы максимизировать интенсивность света. Плотный массив этих светодиодов размещается на печатной плате с алюминиевой основой (MCPCB) для эффективного управления тепловой нагрузкой от тока накачки 700мА. Широкий угол луча 120 градусов обеспечивает равномерное распределение света по растительному покрову без необходимости в дополнительной оптике, сохраняя модуль тонким. Драйвер выбран как источник постоянного тока, способный выдавать требуемый ток, принимая входной диапазон напряжения энергосистемы фермы. В результате получается компактный, высокопроизводительный световой модуль, который эффективно доставляет фотоны именно туда, где они наиболее необходимы для фотосинтеза.

12. Введение в технический принцип

Светоизлучающие диоды (LED) — это полупроводниковые приборы, излучающие свет при прохождении через них электрического тока. Это явление, называемое электролюминесценцией, происходит при рекомбинации электронов с дырками внутри прибора, высвобождая энергию в виде фотонов. Цвет света (его длина волны) определяется шириной запрещённой зоны используемого полупроводникового материала. Для глубоких красных светодиодов, таких как HPND3535CZ0112, обычно используются материалы на основе фосфида алюминия-галлия-индия (AlGaInP) для достижения излучения 660нм. Керамический корпус служит одновременно защитным кожухом и критически важным тепловым путём, отводя тепло от крошечного полупроводникового кристалла (перехода) во внешнюю среду, тем самым поддерживая производительность и надёжность.

13. Технологические тренды и разработки

Сектор фитоосвещения стимулирует значительные достижения в технологии светодиодов. Тренд движется в сторону ещё более высокой фотонной эффективности (мкмоль/Дж), снижая стоимость электроэнергии на единицу роста растений. Также акцент делается на разработке светодиодов со специфическим спектральным выходом, выходящим за рамки простого глубокого красного и синего, включая дальний красный (730нм) для влияния на морфологию и цветение растений, а также ультрафиолетовые длины волн для контроля вредителей и болезней. Улучшенные конструкции корпусов продолжают снижать тепловое сопротивление, позволяя использовать более высокие токи накачки и получать больший световой поток от одного излучателя. Более того, интеграция нескольких монохроматических кристаллов (например, красного, синего, дальнего красного) в один корпус для создания индивидуального спектра является областью активной разработки, предлагая дизайнерам по освещению беспрецедентный контроль над "световым рецептом" для различных культур и стадий роста.