Техническая спецификация светодиода средней мощности в корпусе EMC 3020 - 3.0x2.0мм - напряжение 3.4В - мощность 0.5Вт/0.8Вт - холодный/нейтральный/теплый белый свет

1. Обзор продукта

В данном документе подробно излагаются технические характеристики и эксплуатационные особенности средне-мощных светодиодов серии 3020, выполненных в передовом корпусе EMC (эпоксидной смолы для литья под давлением). Серия специально разработана для применений в области общего освещения, обеспечивая оптимальный баланс между световой отдачей, экономической эффективностью и надежностью.

1.1 Позиционирование продукта и ключевые преимущества

Светодиод 3020 позиционируется на рынке средней мощности и ориентирован в первую очередь на сценарии применения с высокими требованиями к производительности и оптимальному соотношению цены и качества. Его ключевые преимущества обусловлены технологией корпусирования и электрической конструкцией.

• Улучшенный термостойкий корпус EMC: По сравнению с традиционными пластиками PPA или PCT, материал EMC обладает превосходной теплопроводностью и термостойкостью, что обеспечивает лучшее поддержание светового потока и более длительный срок службы.
• Высокая световая отдача и стоимость (люмен/доллар): Данный продукт разработан для обеспечения наилучших показателей люмен на ватт и люмен на доллар в своём классе, что делает его идеальным для крупносерийных проектов освещения, чувствительных к стоимости.
• Гибкость по мощности: Несмотря на номинальную мощность серии 0.5W, её прочный корпус позволяет работать на мощности до 0.8W, обеспечивая гибкость проектирования для различных требований к току драйвера.
• Высокое качество цветопередачи: Минимальный индекс цветопередачи (CRI) составляет 80, что обеспечивает хорошую точность цветовоспроизведения и подходит для общего внутреннего освещения, где важна точность цветопередачи.
• Мощные драйверные возможности: Поддерживает максимальный прямой ток (IF) 240 мА и импульсный ток (IFP) 300 мА, что позволяет адаптироваться к различным схемам управления.

1.2 Целевой рынок и ключевые области применения

Универсальность светодиода 3020 делает его пригодным для широкого спектра осветительных применений.

• Сменные светильники и лампы: Прямая замена традиционных ламп накаливания, энергосберегающих ламп или устаревших LED-модулей в лампах, светильниках и встраиваемых светильниках.
• Общее освещение: Основной источник света для жилых, коммерческих и промышленных светильников (таких как панельные светильники, растровые светильники, светильники для высоких помещений).
• Подсветка: Освещение для внутренних и наружных вывесок, световых коробов и декоративных панелей.
• Архитектурное и декоративное освещение: Акцентное освещение, подсветка ниш и другие применения, требующие стабильного светового потока и цветовой однородности.

2. Подробный анализ технических параметров

Все параметры измерены в стандартных условиях тестирования: прямой ток (IF) = 150 мА, температура окружающей среды (Ta) = 25°C, относительная влажность (RH) = 60%.

2.1 Оптоэлектронные характеристики

Основные параметры, определяющие световой поток и цвет светодиода.

• Световой поток: При токе 150 мА типичное значение составляет от 58 лм до 68 лм в зависимости от бина коррелированной цветовой температуры (CCT). Для каждого бина также установлено минимальное гарантированное значение. Допуск измерения составляет ±7%.
• Прямое напряжение (VF): При токе 150 мА типичное падение напряжения на светодиоде составляет 3.4 В, в диапазоне от 3.1 В (мин.) до 3.4 В (тип.). Допуск составляет ±0.1 В. Этот параметр имеет решающее значение для проектирования драйвера и управления тепловым режимом.
• Угол обзора (2θ1/2): Типичный широкий угол обзора 110 градусов обеспечивает широкое и равномерное распределение света, что идеально подходит для общего освещения.
• Индекс цветопередачи (CRI/Ra): Минимальное значение Ra составляет 80, с допуском измерения ±2. Это свидетельствует о хорошей цветопередаче.
• Обратный ток (IR): При обратном напряжении (VR) 5 В максимальное значение составляет 10 мкА, что указывает на хорошую целостность перехода.

2.2 Электрические и абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют пределы эксплуатации, превышение которых может привести к необратимому повреждению.

• Максимальный прямой ток (IF_max): 240 мА (постоянный ток).
• Максимальный импульсный прямой ток (IFP_max): составляет 300 мА при определенных условиях (длительность импульса ≤ 100 мкс, скважность ≤ 1/10).
• Максимальная рассеиваемая мощность (PD_max): 816 мВт. Это максимально допустимая тепловая мощность, рассеиваемая на переходе.
• Максимальное обратное напряжение (VR_max): 5 В.
• Температура перехода (Tj_max): 115 °C. Абсолютная максимальная температура полупроводникового перехода.
• Рабочая и температура хранения: -40 °C до +85 °C.
• Температура пайки: Выдерживает 230°C или 260°C в течение 10 секунд, совместим со стандартным профилем бессвинцовой оплавки.

2.3 Тепловые характеристики

Эффективное управление тепловым режимом критически важно для производительности и срока службы.

• Тепловое сопротивление (Rθ_J-SP): 21 °C/W (тип.). Это тепловое сопротивление от p-n-перехода светодиода до точки пайки. Чем ниже значение, тем лучше передача тепла от кристалла к плате. Этот параметр является ключевым для расчета повышения температуры перехода относительно температуры точки пайки: ΔTj = PD * Rθ_J-SP。
• Устойчивость к электростатическому разряду (ESD): Выдерживает 1000 В (модель человеческого тела), обеспечивая хорошую эксплуатационную надежность.

3. Описание системы градации

Для обеспечения однородности цвета и яркости в производстве светодиоды сортируются по различным бинам. Данная серия использует многопараметрическую систему сортировки.

3.1 Градация по цветовой температуре и цветности

Данный продукт предлагает шесть основных градаций CCT, от тёплого белого до холодного белого, в соответствии с определением градаций Energy Star для диапазона 2600K-7000K.

• Модель и диапазон CCT:
  • T3427811C-**AA: Тёплый белый (типичное значение 2725K, диапазон 2580K-2870K)
  • T3430811C-**AA: Теплый белый (типичное значение 3045K, диапазон 2870K-3220K)
  • T3440811C-**AA: Нейтральный белый (типичное значение 3985K, диапазон 3710K-4260K)
  • T3450811C-**AA: Нейтральный белый (типичное значение 5028K, диапазон 4745K-5311K)
  • T3457811C-**AA: Холодный белый (типичное значение 5665K, диапазон 5310K-6020K)
  • T3465811C-**AA: Холодный белый (типичное значение 6530K, диапазон 6020K-7040K)
• Структура сортировки по цветности (Таблица 5): Каждый CCT-бины (например, 27M5, 30M5) определяется эллипсом на цветовой диаграмме CIE 1931. В таблице указаны координаты центра эллипса (x, y), большая (a) и малая (b) полуоси, а также угол его поворота (Φ). Погрешность измерения цветовых координат составляет ±0.007.

3.2 Градация светового потока

Внутри каждой цветовой корзины светодиоды дополнительно сортируются по световому потоку при токе 150 мА.

• Код светового потока: Такие коды, как E7, E8, E9, F1, F2, обозначают определённые диапазоны светового потока. Например, в цветовом бине 27M5:
  • Код E7: от 54 лм (мин.) до 58 лм (макс.)
  • Код E8: от 58 лм до 62 лм
  • Код E9: от 62 лм до 66 лм
• Доступные коды светового потока зависят от цветового бина; как правило, более высокий бин CCT обеспечивает более высокий код светового потока (например, вплоть до F2: 70-72 лм).

3.3 Градация прямого напряжения

Светодиоды также группируются по их прямому падению напряжения для упрощения проектирования драйверов и обеспечения согласованного поведения световых цепочек при последовательном соединении.

• Код напряжения:
  • Код 1: VF = от 2.8В до 3.0В
  • Код 2: VF = от 3.0В до 3.2В
  • Код 3: VF = от 3.2В до 3.4В
• Допуск измерения VF составляет ±0.1V.

4. Анализ характеристических кривых

Представленные графики дают ключевое представление о поведении светодиода в различных рабочих условиях.

4.1 Вольт-амперная характеристика и относительный световой поток

Рисунок 3 (IF и относительный световой поток): Показана зависимость между током накачки и световым выходом. Световой поток растет сублинейно с увеличением тока. Хотя работа при более высоких токах (например, 240 мА) дает больше общего светового потока, световая отдача (люмен на ватт) обычно снижается из-за увеличения тепловых и электрических потерь. Конструктор должен найти баланс между требованиями к выходной мощности, световой отдачей и тепловой нагрузкой.

Рисунок 4 (IF и VF): Иллюстрирует ВАХ диода. Прямое напряжение увеличивается с ростом тока. Эта кривая имеет решающее значение для расчета рассеиваемой мощности (PD = IF * VF) в любой рабочей точке, что напрямую влияет на тепловой расчет.

4.2 Температурная зависимость

Рисунок 6 (Ta и относительный световой поток): Показано негативное влияние повышения температуры окружающей среды/паяного соединения на световой выход. При повышении температуры с 25°C до 85°C световой поток может снизиться примерно на 20-30%. Это подчеркивает необходимость эффективного теплового проектирования печатной платы и использования радиаторов.

Рисунок 7 (Ta и прямое напряжение): Показывает линейное снижение прямого напряжения с ростом температуры (примерно -2 мВ/°C для типичного InGaN светодиода). Эта характеристика иногда может использоваться для оценки температуры перехода.

Рисунок 8 (Максимальный IF и температура окружающей среды): Критическая кривая снижения номинальных параметров. Максимально допустимый постоянный прямой ток должен снижаться с ростом температуры окружающей среды, чтобы предотвратить превышение максимальной температуры перехода (115°C). Например, при температуре окружающей среды 85°C максимально допустимый ток значительно ниже 240 мА.

4.3 Спектральное и колориметрическое поведение

Рисунок 1 (Спектральное распределение): Типичный спектр белого светодиода, состоящий из комбинации синего чипа и люминофора. На графике показан пик синего света от чипа и более широкое излучение желтого люминофора. Точная форма определяет CCT и CRI.

Рисунок 5 (Ta vs. смещение CIE x, y): Показано, как координаты цветности изменяются с температурой при постоянном токе. Координаты перемещаются по определенной траектории. Понимание этого смещения важно для приложений, требующих поддержания строгой стабильности цвета в диапазоне температур.

Рисунок 2 (Распределение по углу обзора): Подтвержден квазиламбертовский режим излучения, связанный с углом обзора 110°, демонстрирующий изменение интенсивности в зависимости от центрального угла.

5. Руководство по применению и конструктивные соображения

5.1 Теплоуправление

Это наиболее важный фактор для обеспечения производительности и срока службы.

• Проектирование печатных плат: Используйте металлическую подложку (MCPCB) или стандартную плату FR4 с достаточным количеством тепловых переходных отверстий под тепловой площадкой светодиода для отвода тепла от точки пайки.
• Расчет температуры перехода: Постоянно контролируйте и регулируйте Tj. Можно оценить: Tj ≈ Tsp + (PD * Rθ_J-SP), где Tsp — температура, измеренная в точке пайки. Всегда поддерживайте Tj ниже 115°C, а для увеличения срока службы желательно значительно ниже этого значения.
• Соблюдайте кривую снижения номинальных параметров: Строго соблюдайте кривую зависимости максимального тока от температуры окружающей среды (Рисунок 8).

5.2 Электрический привод

• Постоянный ток: Всегда используйте драйверы LED с постоянным током. Из-за отрицательного температурного коэффициента VF, использование драйвера с постоянным напряжением приведет к тепловому разгону и отказу.
• Выбор тока: Хотя светодиоды способны выдерживать ток до 240 мА, работа при испытательном токе 150 мА или ниже обычно обеспечивает оптимальный баланс световой отдачи, срока службы и тепловой нагрузки. Используйте кривые на Рисунке 3 для выбора соответствующего тока, необходимого для требуемого светового потока.
• Последовательная/параллельная конфигурация: При последовательном соединении нескольких светодиодов убедитесь, что выходное напряжение драйвера достаточно для суммы прямых напряжений VF всей цепочки. Для параллельных цепочек используйте индивидуальное ограничение тока или тщательно подбирайте светодиоды по диапазону VF, чтобы предотвратить неравномерное распределение тока.

5.3 Оптический дизайн

• Широкий угол обзора 110 градусов подходит для применений, требующих широкого освещения без вторичной оптики. Для сфокусированного луча потребуется соответствующая линза или отражатель.
• При смешивании светодиодов из разных производственных партий учитывайте цветовой биннинг для поддержания однородности цвета внутри светильника.

5.4 Сварка и эксплуатация

• Пайка оплавлением: Совместимо со стандартными бессвинцовыми профилями оплавления с пиковой температурой 230°C или 260°C и длительностью не более 10 секунд. Соблюдайте рекомендуемые скорости нагрева, выдержки и охлаждения профиля, чтобы избежать механических напряжений в корпусе.
• Меры предосторожности от электростатического разряда (ESD): Несмотря на номинальное значение 1000V HBM, при работе и сборке следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ESD (заземлённое рабочее место, антистатический браслет).
• Хранение: Хранить в сухой контролируемой среде в указанном температурном диапазоне (от -40°C до +85°C).

6. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя в спецификации не представлено прямое сравнение с конкретными компонентами конкурентов, можно сделать вывод о ключевых дифференцирующих преимуществах этого корпуса 3020 EMC:

• Сравнение EMC и пластиковой упаковки (PPA/PCT): По сравнению со стандартным пластиком, упаковка EMC обладает превосходными тепловыми характеристиками и устойчивостью к пожелтению/побурению при высоких температурах и воздействии УФ-излучения. Это обеспечивает лучшее поддержание светового потока (срок службы L70/L90) и стабильность цвета с течением времени.
• Плотность мощности: Способен надежно работать до 0,8 Вт в корпусе 3020, обеспечивая более высокую плотность мощности по сравнению со многими традиционными светодиодами средней мощности, что может сократить количество светодиодов, необходимое для заданного светового потока.
• Всестороннее бинирование: Многопараметрическое бинирование (цветность, световой поток, напряжение) предоставляет производителям инструмент для достижения высокой цветовой и яркостной однородности в их конечных продуктах, что является ключевым требованием для качественных светильников.

7. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

Вопрос: Могу ли я постоянно запитывать этот светодиод максимальным током 240 мА?
Ответ: Да, но при условии, что вы можете гарантировать, что температура перехода (Tj) остается ниже 115°C. Это требует превосходного теплового управления (очень низкое тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде). Для большинства практических конструкций рекомендуется работа при более низком токе (например, 150 мА) для достижения оптимальной световой отдачи и надежности.

Вопрос: Каково фактическое энергопотребление в типичной рабочей точке?
Ответ: При IF=150 мА и VF=3,4 В (типичные значения) электрическая мощность на входе составляет P = 0,15 А * 3,4 В = 0,51 Вт (510 мВт). Разница между этим значением и максимально допустимой мощностью рассеивания (816 мВт) является запасом для теплового проектирования.

Вопрос: Как интерпретировать код сортировки "T3450811C-**AA, 50M5, F1, 2"?
Ответ: Это определяет светодиод с нейтрально-белым цветом (типично 5028K, код 50M5), световым потоком в диапазоне F1 (66-70 лм при 150 мА) и прямым напряжением кода 2 (3,0 В - 3,2 В). Символы "**" в модели могут обозначать конкретный код светового потока/напряжения.

Вопрос: Почему световой выход уменьшается с повышением температуры?
Ответ: Две основные причины: 1) Снижение внутренней квантовой эффективности полупроводникового чипа при более высоких температурах. 2) Снижение эффективности преобразования люминофорного слоя и возможное температурное тушение. Эффективное охлаждение может смягчить это снижение.

Вопрос: Нужен ли радиатор?
答：对于任何运行在低电流以上（例如>60mA）或在密闭/封闭式灯具中的应用，散热器或具有优异热扩散性能的PCB对于管理结温是绝对必要的。

8. Краткое описание принципа работы

Светодиод 3020 — это твердотельный источник света, основанный на физике полупроводников. Ключевым компонентом является чип, изготовленный из материала нитрида индия-галлия (InGaN). При подаче прямого напряжения, превышающего пороговое напряжение диода, электроны и дырки рекомбинируют в активной области чипа, высвобождая энергию в виде фотонов. В этом белом светодиоде чип в основном излучает синий свет. Слой люминофора (обычно иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием, YAG) наносится на чип. Часть синего света поглощается люминофором и повторно излучается в виде желтого света. Оставшийся синий свет в сочетании с преобразованным желтым светом создает визуальное восприятие белого света. Точное соотношение синего и желтого света, а также конкретный состав люминофора определяют коррелированную цветовую температуру (CCT) и характеристики цветопередачи (CRI) излучаемого белого света. Назначение корпуса EMC — защита чувствительного полупроводникового чипа и люминофора, обеспечение механической стабильности, формирование основной оптической линзы и, что наиболее важно, обеспечение эффективного пути для отвода тепла от горячего перехода.

9. Технологические тренды

Область светодиодов средней мощности, представленная такими корпусами, как 3020, продолжает развиваться. Ключевые отраслевые тренды, связанные с данным продуктом, включают:

• Постоянно повышающаяся световая отдача: Непрерывное совершенствование технологии эпитаксии чипов, люминофоров и конструкции корпуса постоянно способствует увеличению люменов на ватт, что снижает энергопотребление при одинаковой светоотдаче.
• Улучшенное качество и стабильность цвета: 对于高端照明应用，对更高CRI（Ra > 90，R9 > 50）和更严格的色度分档（例如，麦克亚当椭圆步长2或3）的需求正在增长。荧光粉和分档技术正在进步以满足这一需求。
• Повышенная надежность и срок службы: Фокус на улучшении материалов (таких как EMC) и производственных процессов для повышения устойчивости к термическим напряжениям, влаге и световому износу, что продлевает срок службы L90.
• Миниатюризация и более высокая плотность мощности: Тенденция заключается в интеграции большего светового потока в более компактные корпуса (например, переход от 3528 к 3030 и затем к 2835 или обработка большей мощности при тех же габаритах), что обусловлено спросом на более миниатюрные и стильные осветительные приборы.
• Умное и регулируемое освещение: Хотя это стандартный белый светодиод, более широкий рынок движется в сторону светодиодов с возможностью динамической регулировки CCT (регулируемый белый свет) или со встроенной управляющей электроникой, хотя эти функции обычно реализуются на уровне модуля или системы, а не отдельного чип-корпуса.

Серия светодиодов 3020 EMC позиционируется в этой развивающейся картине как зрелое, экономически эффективное и надежное «рабочее решение», удовлетворяющее ключевые потребности общего освещения благодаря своей прочной технической основе.