Техническая спецификация светодиода 3020 средней мощности - Размеры 3.0x2.0мм - Напряжение 3.4В - Мощность 0.5Вт - Холодный/Нейтральный/Тёплый белый - Технический документ

Обзор продукта

Серия 3020 представляет собой высокопроизводительное решение на основе светодиодов средней мощности, разработанное для общего освещения. Используя корпус из термоупрочнённой эпоксидной компаундной массы (EMC), этот светодиод предлагает отличный баланс световой отдачи, надёжности и экономической эффективности. Основное позиционирование данного продукта — рынок модернизации и общего освещения, ориентированное на приложения, где важны как высокая светоотдача на затраченный рубль, так и хорошее качество цвета. Его ключевые преимущества включают одно из лучших в своём классе соотношений люмен на ватт и люмен на рубль, прочный корпус, способный выдерживать до 0.8Вт, и высокий индекс цветопередачи (CRI) 80 и выше. Целевой рынок охватывает широкий спектр осветительных решений: от прямых замен традиционных ламп до архитектурного и декоративного освещения.

Подробный анализ технических параметров

Фотометрические и оптические характеристики

Электрооптические характеристики указаны для стандартных условий испытаний: прямой ток (IF) 150мА и температура окружающей среды (Ta) 25°C. Семейство продуктов предлагает коррелированные цветовые температуры (CCT) в диапазоне от тёплого белого (2580K-3220K) до холодного белого (5310K-7040K). Для типичного варианта нейтрального белого (например, T3450811C) световой поток может достигать 68 люмен. Ключевой особенностью является гарантированный минимальный индекс цветопередачи (CRI или Ra) не менее 80 для всех бинов, что обеспечивает хорошую точность цветопередачи. Пространственное распределение света характеризуется широким углом обзора (2θ1/2) 110 градусов, обеспечивая равномерное освещение. Важно отметить указанные допуски измерений: ±7% для светового потока и ±2 для CRI.

Электрические и тепловые параметры

Электрические характеристики определяют рабочие границы. Типичное прямое напряжение (VF) составляет 3.4В при 150мА с допуском ±0.1В. Абсолютные максимальные параметры критичны для надёжного проектирования: максимальный постоянный прямой ток (IF) — 240мА, импульсный ток (IFP) 300мА допускается при определённых условиях (длительность импульса ≤ 100мкс, скважность ≤ 1/10). Максимальная рассеиваемая мощность (PD) — 816мВт. Теплоотвод облегчается благодаря низкому тепловому сопротивлению (Rth j-sp) 21°C/Вт (переход-точка пайки), что важно для поддержания производительности и долговечности. Максимально допустимая температура перехода (Tj) составляет 115°C.

Объяснение системы бинирования

Бинирование по длине волны / цветовой температуре

Цветовая однородность светодиодов контролируется с помощью точной структуры бинирования на основе цветовой диаграммы CIE 1931. Система использует эллиптические бины, определяемые центральной точкой (координаты x, y), большой полуосью (a), малой полуосью (b) и углом поворота (Φ). Например, для нейтрального белого цвета бин 40M5 имеет центр в точке (0.3825, 0.3798). Бинирование для цветовых температур от 2600K до 7000K соответствует стандарту Energy Star, обеспечивая высокую цветовую однородность для приложений, требующих равномерного белого света. Погрешность измерения цветовых координат составляет ±0.007.

Бинирование по световому потоку

Световой выход также классифицируется по бинам для гарантии производительности. Каждый цветовой бин (например, 27M5, 30M5) дополнительно делится на ранги светового потока, обозначаемые кодами, такими как E7, E8, F1 и т.д. Например, в цветовом бине 30M5 светодиод с кодом потока F1 будет иметь световой поток от 66 до 70 люмен при 150мА. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с предсказуемым световым выходом для конкретных потребностей приложения.

Бинирование по прямому напряжению

Для помощи в проектировании схем и согласовании токов, особенно в многодиодных массивах, прямое напряжение сортируется на три ранга: Код 1 (2.8В - 3.0В), Код 2 (3.0В - 3.2В) и Код 3 (3.2В - 3.4В). Это помогает прогнозировать требования к источнику питания и более эффективно управлять тепловыми нагрузками.

Анализ характеристических кривых

Вольт-амперные характеристики (I-V) и зависимости светового потока от тока (I-Φ)

На Рисунке 3 показана зависимость между прямым током и относительным световым потоком. Выходная характеристика почти линейна вплоть до рекомендуемого рабочего тока, демонстрируя хорошую эффективность. Рисунок 4 показывает кривую зависимости прямого напряжения от тока, что важно для проектирования драйвера. Явно выражен положительный температурный коэффициент напряжения, то есть VF уменьшается с ростом температуры, что является типичным поведением для светодиодов.

Зависимость от температуры

Изменение производительности в зависимости от температуры является критическим фактором проектирования. Рисунок 6 показывает, что относительный световой поток уменьшается с ростом температуры окружающей среды (Ta), подчёркивая важность теплового менеджмента для поддержания светового выхода. Рисунок 7 демонстрирует снижение прямого напряжения с ростом температуры. Рисунок 8 предоставляет кривую снижения максимально допустимого прямого тока в зависимости от температуры окружающей среды, что крайне важно для обеспечения надёжности в различных рабочих условиях.

Спектральное и угловое распределение

Рисунок 1 показывает относительное спектральное распределение мощности, которое определяет качество цвета и CCT. Рисунок 2 изображает распределение по углу обзора (пространственную диаграмму направленности), подтверждая широкий угол излучения 110 градусов для равномерного освещения.

Смещение цвета с температурой

На Рисунке 5 показано смещение цветовых координат CIE x, y с увеличением температуры окружающей среды (от 25°C до 85°C). Эта информация жизненно важна для приложений, где требуется стабильность цвета в зависимости от температуры.

Рекомендации по пайке и монтажу

Светодиод совместим с процессами бессвинцовой пайки оплавлением. Абсолютное максимальное значение температуры пайки составляет 230°C или 260°C в течение максимум 10 секунд. Крайне важно следовать рекомендуемому профилю оплавления, чтобы предотвратить тепловое повреждение корпуса EMC и внутреннего кристалла. Рабочий диапазон температур составляет от -40°C до +85°C, диапазон температур хранения идентичен. Необходимо следить за тем, чтобы не превышать абсолютные максимальные параметры во время работы, так как это может вызвать необратимое повреждение светодиода.

Рекомендации по применению

Типичные сценарии применения

В спецификации указаны несколько ключевых областей применения: модернизация традиционных ламп (таких как лампы накаливания или КЛЛ), общее внутреннее и наружное освещение, подсветка для внутренних/наружных вывесок, а также архитектурное/декоративное освещение. Сочетание высокой эффективности, хорошего CRI и широкого угла луча делает его подходящим для этих разнообразных применений.

Соображения по проектированию

Разработчики должны уделять пристальное внимание тепловому менеджменту. Используя предоставленное значение теплового сопротивления (21°C/Вт), необходимо рассчитать надлежащий теплоотвод, чтобы поддерживать температуру перехода ниже 115°C в наихудших рабочих условиях. Для применений с высокой температурой окружающей среды необходимо следовать кривой снижения тока (Рис. 8). Для постоянного светового выхода рекомендуется использовать драйвер постоянного тока, а не драйвер постоянного напряжения. При проектировании многодиодных массивов следует рассмотреть возможность использования светодиодов из одинаковых бинов по напряжению и потоку, чтобы обеспечить равномерную яркость и распределение тока.

Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с традиционными светодиодами средней мощности в пластиковых корпусах, корпус EMC предлагает значительно лучшие тепловые характеристики, позволяя использовать более высокие рабочие токи и рассеиваемую мощность (до 0.8Вт) при сохранении надёжности. Это приводит к более высокой светоотдаче из корпуса аналогичного размера. Гарантированный CRI 80+ даёт конкурентное преимущество в приложениях, где важно качество цвета, по сравнению со стандартными предложениями с более низким CRI. Широкий угол обзора 110 градусов является преимуществом для применений, требующих широкого, равномерного освещения без вторичной оптики.

Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

Практический пример использования

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

Введение в принцип работы

Светоизлучающие диоды (LED) — это полупроводниковые устройства, излучающие свет посредством электролюминесценции. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу, электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны (цвет) излучаемого света определяется шириной запрещённой зоны используемых полупроводниковых материалов. Белый свет в данном светодиоде обычно генерируется с использованием синего полупроводникового кристалла, покрытого слоем люминофора. Часть синего света преобразуется люминофором в более длинные волны (жёлтый, красный), и смесь синего и преобразованного люминофором света воспринимается человеческим глазом как белый. Корпус EMC служит для защиты полупроводникового кристалла и проводящих связей, обеспечивает первичную оптическую линзу и, что наиболее важно, создаёт путь для эффективного отвода тепла от перехода.

Тенденции в технологиях

Сегмент светодиодов средней мощности продолжает развиваться в сторону более высокой эффективности (люмен на ватт) и большей надёжности при более низкой стоимости. Ключевые тенденции включают внедрение более прочных материалов корпусов, таких как EMC и керамика, что позволяет повысить рабочие температуры и токи, приводя к увеличению плотности светового потока. Постоянно ведётся работа по улучшению технологии люминофоров для достижения более высоких значений индекса цветопередачи (CRI) и более стабильного качества цвета между партиями. Кроме того, интеграция нескольких кристаллов в один корпус (COB — Chip-on-Board или многокристальные светодиоды средней мощности) является тенденцией, направленной на упрощение сборки и снижение системных затрат для приложений с высокой светоотдачей. Стремление к интеллектуальному освещению также влияет на дизайн светодиодов, с акцентом на совместимость с протоколами диммирования и системами с регулируемым белым светом.