Техническая документация на светодиод 3020 средней мощности - Размеры 3.0x2.0мм - Напряжение 6.6В - Мощность 0.5Вт - Холодный/Нейтральный/Теплый белый

Обзор продукта

Серия 3020 представляет собой решение на основе светодиодов средней мощности, разработанное для общего освещения, предлагающее оптимальный баланс между световой отдачей, экономической эффективностью и надежностью. В корпусе из термоулучшенного эпоксидного компаунда (EMC) этот светодиод обеспечивает стабильную работу в компактном форм-факторе 3.0мм x 2.0мм. Серия характеризуется высокими показателями люмен на ватт и люмен на доллар, что делает ее привлекательным выбором для экономичных, но ориентированных на производительность осветительных решений.

Основное позиционирование продукта — рынок модернизации и нового строительства общего освещения, включая внутренние и наружные применения. Его ключевые преимущества обусловлены материалом корпуса EMC, который обеспечивает превосходное тепловое управление по сравнению с традиционными пластиками, позволяя использовать более высокие токи и увеличивая срок службы. Номинальная мощность светодиода составляет 0.5Вт, но при соответствующих тепловых условиях его можно нагружать до 0.8Вт, что обеспечивает гибкость проектирования.

Целевой рынок охватывает широкий спектр сегментов освещения: прямая замена традиционных ламп накаливания и люминесцентных ламп в проектах модернизации, основные источники света для жилого и коммерческого общего освещения, подсветка вывесок, а также архитектурное или декоративное освещение, где критически важны качество цвета и надежность.

Подробный анализ технических параметров

Фотометрические и цветовые характеристики

Электрооптические характеристики указаны для стандартных условий испытаний: температура окружающей среды 25°C, относительная влажность 60% и ток накачки 80мА. Семейство продуктов предлагает варианты коррелированной цветовой температуры (CCT) от теплого белого (2725K) до холодного белого (7040K), подробно описанные в таблице выбора продукта. Все варианты обеспечивают минимальный индекс цветопередачи (CRI или Ra) 80, что гарантирует хорошую цветопередачу для общего освещения. Типичные значения светового потока при 80мА составляют от 54 до 66 люмен в зависимости от бина CCT. Важно отметить указанные допуски измерений: ±7% для светового потока и ±2 для CRI. CCT определяется по цветовой диаграмме CIE 1931.

Электрические и тепловые параметры

Ключевые электрические параметры определяют рабочий диапазон светодиода. Типичное прямое напряжение (VF) составляет 6.6В при 80мА с допуском ±0.1В. Абсолютный максимальный прямой ток — 120мА, импульсный ток (IFP) — 200мА для импульсов ≤100мкс и скважности ≤1/10. Максимальная рассеиваемая мощность (PD) указана как 816мВт. Допустимое обратное напряжение (VR) — 5В.

Тепловые характеристики критически важны для надежности. Тепловое сопротивление от перехода к точке пайки (RθJ-SP) обычно составляет 21°C/Вт. Этот параметр напрямую связывает рабочую температуру перехода с температурой платы. Максимально допустимая температура перехода (Tj) — 115°C. Прибор имеет широкий угол обзора (2θ1/2) 110 градусов, обеспечивая широкое и равномерное распределение света. Защита от электростатического разряда (ESD) соответствует модели человеческого тела (HBM) до 1000В.

Абсолютные максимальные режимы

Соблюдение абсолютных максимальных режимов является обязательным условием надежности устройства. Превышение этих пределов может привести к необратимому повреждению. Режимы следующие: Прямой ток (IF): 120мА; Импульсный прямой ток (IFP): 200мА; Рассеиваемая мощность (PD): 816мВт; Обратное напряжение (VR): 5В; Рабочая температура (Topr): от -40°C до +85°C; Температура хранения (Tstg): от -40°C до +85°C; Температура перехода (Tj): 115°C; Температура пайки (Tsld): 230°C или 260°C в течение 10 секунд (в зависимости от профиля оплавления).

Объяснение системы бининга

Бининг по цвету / цветовой температуре (CCT)

Светодиоды сортируются по точным цветовым бинам для обеспечения однородности в пределах осветительного прибора. Структура бининга цветовых координат следует эллиптической системе на цветовой диаграмме CIE 1931. Каждый бин (например, 27M5, 30M5) определяется центральной точкой (координаты x, y), большой полуосью (a), малой полуосью (b) и углом поворота (Φ). Система соответствует требованиям программы Energy Star для диапазона от 2600K до 7000K. Погрешность измерения цветовых координат составляет ±0.007. Такой строгий бининг минимизирует видимые цветовые различия между отдельными светодиодами в массиве.

Бининг по световому потоку

Для управления однородностью яркости светодиоды также сортируются по выходному световому потоку при 80мА. Поток классифицируется по кодам (E7, E8, E9, F1), каждый из которых представляет определенный диапазон люмен (например, E8: 58-62 лм, E9: 62-66 лм, F1: 66-70 лм). Применимый бин светового потока для данного светодиода зависит от его цветового бина. Этот двухмерный бининг (цвет и поток) позволяет разработчикам выбирать светодиоды, соответствующие как хроматическим, так и яркостным требованиям их приложения.

Бининг по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на три бина для помощи в проектировании драйверов и согласовании токов в параллельных цепочках. Бины: Код C (5.5В - 6.0В), Код D (6.0В - 6.5В) и Код E (6.5В - 7.0В), измеренные при 80мА с допуском ±0.1В. Выбор светодиодов из одного и того же бина напряжения может помочь обеспечить более равномерное распределение тока и тепловые характеристики в многосветодиодных системах.

Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько ключевых графиков для анализа проектирования. График относительного спектрального распределения показывает спектр излучения, типичный для белого светодиода с люминофорным преобразованием, с пиком синего излучения и широким желтым излучением люминофора. График распределения по углу обзора подтверждает ламбертовскую диаграмму направленности с половинным углом 110 градусов.

Характеристики прямого тока критически важны. Кривая IF от относительного светового потока показывает, что световой выход увеличивается нелинейно с ростом тока, причем эффективность обычно снижается при более высоких токах из-за увеличения нагрева и просадки. Кривая прямого напряжения от прямого тока (IV) необходима для проектирования драйвера, показывая экспоненциальную зависимость напряжения от тока для диода.

Температурные характеристики жизненно важны для реальной производительности. График зависимости относительного светового потока от температуры окружающей среды (Ta) иллюстрирует снижение светового выхода при повышении температуры окружающей среды (и, как следствие, температуры перехода). Кривая Ta от прямого напряжения показывает отрицательный температурный коэффициент VF. График температуры перехода, отображающий зависимость Ta от относительного потока и прямого напряжения, дополнительно поясняет эти тепловые зависимости. Возможно, наиболее важной является кривая зависимости максимального прямого тока от температуры окружающей среды, которая определяет максимальный безопасный рабочий ток при повышенных температурах окружающей среды для предотвращения превышения Tj max 115°C.

Цветовая диаграмма CIE визуально представляет цветовые бины (27M5, 30M5 и т.д.) в виде эллипсов на линии черного тела, предоставляя четкий ориентир для выбора цвета и границ бининга.

Механическая информация и упаковка

Светодиод использует корпус для поверхностного монтажа (SMD) с размерами примерно 3.0мм в длину и 2.0мм в ширину. Механический чертеж предоставляет подробные размеры, включая расстояние между контактными площадками, высоту компонента и геометрию паяльных площадок. Все размеры указаны в миллиметрах с неопределенным допуском ±0.2мм. Чертеж представлен в масштабе 1:1 для точного ориентирования. Корпус имеет два анодных и два катодных вывода, что способствует формированию надежного паяного соединения и улучшенной теплопроводности к печатной плате. Полярность четко обозначена на самом корпусе, обычно с помощью индикатора катода, такого как выемка или зеленая метка.

Рекомендации по пайке и монтажу

Компонент подходит для процессов бессвинцовой пайки оплавлением. Максимальная температура пайки указана как 230°C или 260°C пиковая в течение 10 секунд, в зависимости от используемого конкретного профиля оплавления (например, припой SnAgCu). Крайне важно следовать рекомендуемому профилю оплавления с контролируемыми скоростями нагрева и охлаждения, чтобы минимизировать тепловой удар и предотвратить растрескивание или расслоение корпуса. Уровень чувствительности к влаге (MSL) явно не указан в предоставленном содержании, но для корпусов EMC обычно рекомендуется прокаливать компоненты, если они подвергались воздействию окружающей среды в течение длительного времени перед оплавлением, чтобы избежать "эффекта попкорна". Хранение должно осуществляться в сухой контролируемой среде в указанном диапазоне температур от -40°C до +85°C.

Рекомендации по применению

Типичные сценарии применения

• Retrofit Lamps: Ideal for LED bulbs and tubes designed to replace incandescent, halogen, or fluorescent lamps, leveraging its efficacy and cost structure.
• General Lighting: Suitable for downlights, panel lights, troffers, and other fixtures in residential, office, and commercial spaces.
• Signage and Backlighting: Effective for indoor and outdoor sign illumination due to its good color rendering and reliability.
• Architectural/Decorative Lighting: Can be used in coves, shelves, and accent lighting where consistent color and smooth beam are important.

Соображения по проектированию

• Thermal Management: The 21°C/W thermal resistance necessitates an effective PCB thermal design. Use of metal-core PCBs (MCPCBs) or thermally enhanced FR4 with sufficient copper area is recommended to keep the solder point temperature low, thereby maintaining light output, color stability, and long-term reliability.
• Current Driving: While rated up to 120mA, operating at or below 80mA is typical for balancing efficacy, lifetime, and thermal load. Use a constant-current LED driver for stable operation.
• Optics: The 110-degree viewing angle is quite broad. Secondary optics (lenses, reflectors) may be required to achieve specific beam patterns.
• Binning Selection: For multi-LED fixtures, specify tight color and flux bins (e.g., within a single ellipse code) to ensure visual uniformity. Consider voltage binning if LEDs are placed in parallel strings.

Техническое сравнение и отличия

По сравнению с традиционными светодиодами средней мощности в корпусах PPA (Полифталамид) или PCT (Полициклогексилендиметилентерефталат), ключевым отличием серии 3020 EMC является ее превосходная тепловая производительность. Материал EMC имеет более высокую теплопроводность и может выдерживать более высокие температуры перехода без пожелтения или деградации. Это позволяет:

• Higher Drive Capability: Ability to be driven at higher currents (up to 0.8W) while maintaining reliability.
• Improved Lumen Maintenance: Better resistance to lumen depreciation (L70, L90) over time due to reduced thermal stress on the phosphor and die.
• Longer Lifespan: The enhanced thermal path slows the rate of internal degradation mechanisms.
• Cost-Effectiveness: Provides a performance level closer to high-power LEDs but at a mid-power price point and with simpler drive requirements.

Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

Q: What is the actual power consumption at the typical operating point?
A: At the test condition of 80mA and a typical VF of 6.6V, the power consumption is 0.528W (80mA * 6.6V).

Q: How does light output change with temperature?
A: Luminous flux decreases as junction temperature increases. The derating curve (Fig. 6) quantifies this relationship. Proper heatsinking is essential to minimize output loss in warm environments.

Q: Can I drive this LED at 120mA continuously?
A: While 120mA is the absolute maximum rating, continuous operation at this current requires exceptional thermal management to keep the junction temperature below 115°C. For most designs, operating at or below 80-100mA is recommended for optimal lifetime and efficacy.

Q: What is the difference between the "Typ." and "Min." luminous flux values?
A: The "Typical" value represents the average or expected output for that bin. The "Minimum" value is the lowest output guaranteed for LEDs sorted into that specific flux bin code (e.g., E9). Designers should use the minimum value for conservative system lumen calculations.

Q: How do I interpret the color bin code, e.g., '30M5'?
A: The code defines a specific ellipse on the CIE chart. The first two digits often relate to the CCT (e.g., '30' approximates 3000K nominal), while the letter and number define the ellipse size and position relative to the black-body locus. Refer to Table 5 for the exact center coordinates and ellipse parameters.

Пример проекта и использования

Scenario: Designing a 1200lm LED Panel Light for Office Use.
A designer targets a 600mm x 600mm panel light with a neutral white color (4000K, CRI >80) and an efficacy of 100 lm/W. Using the 3020 LED from the 40M5 color bin with a typical flux of 66 lm at 80mA (0.528W), the single-LED efficacy is approximately 125 lm/W. To achieve 1200lm, approximately 19 LEDs are needed (1200 lm / 66 lm per LED). Allowing for system losses (optics, thermal), 24 LEDs might be used in a 6x4 array.

Светодиоды будут установлены на алюминиевой MCPCB (металлической печатной плате). Общая мощность системы составит примерно 24 * 0.528Вт = ~12.7Вт. Будет выбран драйвер постоянного тока с выходным током 80мА и диапазоном напряжения, покрывающим 24 светодиода, соединенных последовательно (24 * ~6.6В = ~158В). Будет проведено тепловое моделирование, чтобы убедиться, что конструкция MCPCB поддерживает температуру точки пайки светодиода достаточно низкой для сохранения >90% начального светового потока при номинальной рабочей температуре светильника. Путем спецификации всех светодиодов из цветового бина 40M5 и одного бина светового потока (например, F1) будет достигнута отличная однородность цвета и яркости по всей панели.

Введение в принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основной принцип работы заключается в использовании полупроводникового кристалла, обычно из нитрида индия-галлия (InGaN), который излучает синий свет при прямом смещении (электролюминесценция). Этот синий свет частично поглощается слоем люминофора на основе иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (YAG:Ce), нанесенным на кристалл. Люминофор преобразует часть синих фотонов в широкий спектр желтого света. Комбинация оставшегося синего света и излучаемого желтого света создает восприятие белого света. Точная коррелированная цветовая температура (CCT) контролируется путем изменения состава и толщины люминофора. Корпус EMC служит для защиты хрупкого полупроводникового кристалла и люминофора, обеспечивает механическую структуру и, что наиболее важно, предоставляет основной путь для отвода тепла от перехода к паяльным площадкам и печатной плате.

Технологические тренды

Сегмент светодиодов средней мощности, особенно с корпусами EMC, продолжает развиваться. Ключевые тенденции, наблюдаемые в этом продукте и на более широком рынке, включают:

• Increased Efficacy: Ongoing improvements in internal quantum efficiency of the blue die and phosphor conversion efficiency drive higher lm/W outputs.
• Enhanced Color Quality: Beyond CRI (Ra), there is a focus on improving metrics like R9 (saturated red) and TM-30 (Rf, Rg) for better color rendition, especially in retail and museum lighting.
• Higher Power Density: Packages like the 3020 are being driven harder (e.g., 0.8W) while maintaining reliability, blurring the line between mid-power and high-power segments.
• Improved Thermal Materials: Development of EMC compounds with even higher thermal conductivity and better resistance to harsh environments (UV, humidity).
• Miniaturization and Integration: The drive for smaller, denser light sources for applications like automotive lighting and ultra-slim fixtures.
• Smart and Tunable Lighting: While this is a static white LED, the industry is moving towards LEDs that can dynamically adjust CCT and intensity, often requiring more complex multi-chip or phosphor designs.

Светодиод 3020 EMC прочно вписывается в эти тенденции, предлагая термически устойчивую, эффективную и экономичную платформу для современного поколения решений общего освещения.