Техническая спецификация светодиода 3020 средней мощности - 3.0x2.0мм - 19В (тип.) - 0.6Вт - Холодный/Нейтральный/Тёплый белый

1. Обзор продукта

Серия 3020 представляет собой семейство светодиодов средней мощности, использующих корпус из термоупрочнённой эпоксидной компаундной массы (EMC). Данная конструкция разработана для достижения оптимального баланса между световой отдачей (люмен на ватт) и экономической эффективностью (люмен на доллар), что делает её привлекательным выбором для широкого спектра применений в общем освещении. Серия характеризуется компактными размерами 3.0мм x 2.0мм и рассчитана на типичную рассеиваемую мощность 0.6Вт, с максимально допустимой мощностью 0.8Вт в определённых условиях.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данной серии светодиодов проистекают из их EMC-корпуса и оптимизированной конструкции. Материал EMC обеспечивает превосходное тепловое сопротивление и долгосрочную надёжность по сравнению с традиционными пластиками, позволяя сохранять стабильные характеристики при более высоких рабочих температурах. Ключевые особенности включают максимальный прямой ток 40мА, минимальный индекс цветопередачи (CRI) 80 для высокого качества цвета и совместимость с бессвинцовыми процессами пайки оплавлением. Эти характеристики делают серию идеальной для модернизированных ламп, общего внутреннего и наружного освещения, подсветки вывесок, а также архитектурных или декоративных светильников, где критически важны сочетание эффективности, надёжности и качества цвета.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых параметров производительности, указанных в спецификации. Понимание этих значений критически важно для правильного проектирования схемы и управления тепловым режимом.

2.1 Электрооптические характеристики

Электрооптические характеристики измеряются при стандартных условиях испытаний: I_F= 30мА, T_a= 25°C и относительной влажности 60%. Значение светового потока приведено для двух критических температур: температуры окружающей среды (T_a=25°C) и температуры точки пайки (T_s=85°C). Последний показатель является более реалистичным индикатором производительности в реальном применении, когда светодиод установлен на плату. Например, типичный бин холодного белого света (65R6) выдаёт 72 люмена при T_a=25°C, но 62 люмена при T_s=85°C, что подчёркивает важность теплового проектирования. В спецификации указан допуск ±7% для измерений светового потока и ±2 для измерений CRI (Ra).

2.2 Электрические и тепловые параметры

Прямое напряжение (V_F) имеет типичное значение 19В при 30мА с указанным допуском ±0.3В. Угол обзора (2Θ1/2) составляет широкие 120 градусов и определяется как угол отклонения от оси, при котором сила света падает до половины своего пикового значения. Критическим тепловым параметром является тепловое сопротивление переход-точка пайки (R_{th j-sp}), указанное как типичное 22 °C/Вт. Эта величина количественно определяет, насколько эффективно тепло отводится от полупроводникового перехода к точке пайки; меньшее значение указывает на лучшее рассеивание тепла. Уровень устойчивости к электростатическому разряду (ESD) составляет 1000В (модель человеческого тела), что является стандартным уровнем для светодиодов средней мощности.

2.3 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению. Их нельзя превышать ни при каких рабочих условиях. Ключевые ограничения включают: постоянный прямой ток (I_F) 40мА, импульсный прямой ток (I_FP) 60мА (для импульсов ≤ 100мкс, скважность ≤ 1/10), максимальную рассеиваемую мощность (P_D) 840мВт и максимальную температуру перехода (T_j) 125°C. Диапазон рабочих температур и температур хранения составляет от -40°C до +105°C. Профиль температуры пайки допускает пик 230°C или 260°C в течение максимум 10 секунд.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам. Данная серия использует комплексную систему бинов, основанную на рекомендациях Energy Star для диапазона 2600K–7000K.

3.1 Коррелированная цветовая температура (CCT) и цветовые бины

Таблица выбора продукта перечисляет шесть основных групп CCT, от тёплого белого (2725K, 3045K) до холодного белого (6530K). Каждая группа CCT имеет соответствующий код цветового бина (например, 27R5, 65R6). Таблица 5 и Рисунок 9 детализируют структуру цветовых бинов на диаграмме CIE 1931. Каждый бин определяется эллиптической областью с конкретными координатами центра (x, y) при 25°C и 85°C, а также радиусами большой/малой оси (a, b) и углом (Φ). Погрешность измерения цветовых координат составляет ±0.007.

3.2 Биннинг светового потока

Внутри каждого цветового бина светодиоды дополнительно сортируются по выходному световому потоку при 30мА. Таблица 6 определяет ранги потока. Например, внутри цветового бина 65R6 светодиоды доступны с кодами потока F1 (мин. 66-70 лм), F2 (мин. 70-74 лм) и F3 (мин. 74-78 лм), все измеренные при T_a=25°C. Этот двухмерный биннинг (цвет + поток) позволяет разработчикам выбирать светодиоды, соответствующие точным требованиям приложения как по цветовой точке, так и по яркости.

4. Анализ кривых производительности

Спецификация включает несколько графиков, иллюстрирующих поведение светодиода в различных условиях, что крайне важно для прогнозного моделирования и надёжного проектирования.

4.1 ВАХ и относительный световой поток

Рисунок 4 показывает зависимость между прямым напряжением (V_F) и прямым током (I_F). Кривая относительно линейна в рабочем диапазоне, при этом V_Fувеличивается с ростом тока. Рисунок 3 отображает зависимость относительного светового потока от I_F. Поток увеличивается сублинейно с током; работа светодиода выше рекомендуемых 30мА приведёт к уменьшению отдачи света при одновременном значительном увеличении тепловыделения, что может снизить эффективность и срок службы.

4.2 Температурная зависимость

Рисунки 6 и 7 критически важны для теплового анализа. Рисунок 6 показывает, как относительный световой поток линейно уменьшается с ростом температуры точки пайки (T_s). При 125°C выходная мощность составляет примерно 20% от значения при 25°C. Рисунок 7 показывает, что V_Fтакже уменьшается с ростом температуры, что является типичной характеристикой полупроводниковых диодов. Рисунок 5 иллюстрирует смещение цветовых координат (CIE x, y) с температурой, что важно для приложений, критичных к цвету.

3.3 Спектральное распределение и угол обзора

Рисунок 1 предоставляет типичную кривую спектрального распределения мощности, показывающую относительную интенсивность по длинам волн. Форма этой кривой определяет CCT и CRI. Рисунок 2 изображает пространственную диаграмму направленности (распределение угла обзора), подтверждая лампертианоподобный профиль излучения с указанным углом обзора 120 градусов.

4.4 Снижение номинала в зависимости от температуры окружающей среды

Рисунок 8 представляет собой кривую снижения номинала для максимально допустимого прямого тока в зависимости от температуры окружающей среды (T_a) и теплового сопротивления системы (R_j-a). Например, при системном R_j-a45°C/Вт максимальный ток должен быть снижен с 40мА при T_a=89°C до приблизительно 22мА при T_a=105°C, чтобы предотвратить превышение температурой перехода предела в 125°C. Этот график необходим для определения безопасных рабочих токов в высокотемпературных средах.

5. Рекомендации по применению и вопросы проектирования

5.1 Типичные сценарии применения

Благодаря балансу эффективности, стоимости и надёжности, данная серия светодиодов хорошо подходит для:
- Лампы для модернизации:Прямая замена ламп накаливания, галогенных или КЛЛ в лампах, трубках и встраиваемых светильниках.
- Общее освещение:Основной источник света в бытовых, коммерческих и промышленных светильниках.
- Подсветка вывесок:Обеспечение равномерного освещения для внутренних и наружных вывесок.
- Архитектурное освещение:Фасадное освещение, скрытая подсветка и другие декоративные применения, где важно качество цвета.

5.2 Критические вопросы проектирования

Тепловой менеджмент:Это самый важный фактор для производительности и долговечности. Низкое значение R_{th j-sp}22°C/Вт эффективно только в том случае, если печатная плата и радиатор обеспечивают низкое тепловое сопротивление до окружающей среды. Настоятельно рекомендуется использование печатных плат на металлической основе (MCPCB) или плат с достаточным количеством тепловых переходных отверстий. Всегда обращайтесь к кривой снижения номинала (Рис. 8) для установки тока драйвера.
Управление током:Для стабильного светового потока и цвета обязателен драйвер постоянного тока. Рекомендуемый рабочий ток составляет 30мА, хотя он может быть увеличен до 40мА при отличных тепловых условиях. Превышение 40мА грозит немедленным повреждением.
Оптика:Угол обзора 120 градусов подходит для многих применений общего освещения. Для более сфокусированных пучков потребуется вторичная оптика (линзы).
Защита от ЭСР:Хотя номинальный уровень устойчивости составляет 1000В HBM, во время сборки и обращения следует соблюдать стандартные меры предосторожности от ЭСР.

6. Сравнительный анализ и технические отличия

В сегменте светодиодов средней мощности ключевыми отличительными особенностями данной серии 3020 EMC являются:
1. Высокотемпературная способность:Корпус EMC позволяет осуществлять длительную работу при более высоких температурах точки пайки (предоставлены данные для T_s=85°C) по сравнению со стандартными пластиками PPA или PCT, которые могут желтеть и деградировать.
2. Плотность мощности:С возможностью рассеивания до 0.8Вт в корпусе 3.0x2.0мм, она предлагает более высокую плотность мощности, чем многие традиционные светодиоды средней мощности 3528 или 2835, потенциально уменьшая количество светодиодов, необходимых для заданного светового потока.
3. Вольт-амперная характеристика:Типичное прямое напряжение 19В при 30мА является значительным. Разработчики должны убедиться, что драйвер светодиода настроен на этот более высокий диапазон напряжений по сравнению с более распространёнными светодиодами средней мощности на 3В или 6В.
4. Комплексный биннинг:Соблюдение рекомендаций Energy Star по биннингу и предоставление как цветовых, так и световых бинов обеспечивает предсказуемость и однородность для качественных осветительных продуктов.

7. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Почему световой поток ниже при T_s=85°C, чем при T_a=25°C?
О: T_a— это температура воздуха вокруг светодиода. T_s— это температура в точке пайки, которая гораздо ближе к фактической температуре перехода во время работы. При повышении температуры эффективность полупроводника падает, снижая световой выход. Данные для T_s=85°C являются более реалистичным показателем производительности для проектирования.

В: Могу ли я непрерывно питать этот светодиод током 40мА?
О: Абсолютный максимальный параметр составляет 40мА, но это предельное значение. Рекомендуемое рабочее условие — 30мА. Работа на 40мА возможна только в случае исключительного теплового менеджмента (очень низкое системное R_j-a) и низкой температуры окружающей среды, согласно кривой снижения номинала на Рис. 8. Это снизит эффективность и может повлиять на долгосрочную надёжность.

В: Как интерпретировать код бина, например, '65R6'?
О: Код определяет цветовой бин. Первые две цифры (65) относятся к CCT (диапазон 6500K). Буква (R) и следующая цифра (6) определяют конкретный эллипс на диаграмме CIE, в который попадают цветовые координаты светодиода, обеспечивая высокую цветовую однородность.

В: Каково значение теплового сопротивления 22 °C/Вт?
О: Эта величина (R_{th j-sp}) указывает, что на каждый ватт мощности, рассеиваемой в переходе светодиода, разница температур между переходом и точкой пайки увеличится на 22°C. Чем меньше значение, тем лучше. Общее тепловое сопротивление системы (переход-окружающая среда, R_j-a) включает это значение плюс сопротивление печатной платы, теплового интерфейса и радиатора.

8. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование светодиодной трубчатой лампы на 1200 люмен.
Цель:Заменить люминесцентную лампу T8 на светодиодный аналог.
Процесс проектирования:
1. Целевой световой поток:1200 люмен.
2. Выбор светодиода:Выбираем бин 65R6-F2 (типично 72 лм при 30мА, T_a=25°C). Учитывая тепловое снижение номинала (оценка ~15% потерь при рабочей температуре), принимаем 61 лм на светодиод.
3. Расчёт количества:1200 лм / 61 лм на светодиод ≈ 20 светодиодов.
4. Электрическая схема:20 светодиодов, соединённых последовательно, потребовали бы напряжения драйвера 20 * 19В = 380В, что много. Более практичный подход — использовать две цепочки по 10 светодиодов каждая (190В на цепочку), соединённые параллельно, с питанием от драйвера постоянного тока, установленного на общий ток 60мА (30мА на цепочку).
5. Тепловое проектирование:Общая мощность: 20 светодиодов * 19В * 0.03А = 11.4Вт. Используя алюминиевую печатную плату в качестве радиатора, разработчик должен рассчитать, достаточно ли низко системное R_j-a, чтобы поддерживать температуру перехода ниже 125°C в закрытой среде трубки, используя кривую снижения номинала в качестве ориентира.
Этот пример подчёркивает взаимосвязь между электрической конфигурацией, тепловым менеджментом и фотометрическими целями.

9. Технические принципы и тренды

9.1 Принцип работы

Данный светодиод работает по принципу электролюминесценции в полупроводнике. При приложении прямого напряжения к p-n-переходу электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Специфические материалы (люминофоры), используемые в корпусе, преобразуют часть первичного синего света от кристалла в более длинные волны, создавая желаемый белый свет с определёнными CCT и CRI. Корпус EMC служит для защиты кристалла и проводящих связок, обеспечивает первичную линзу и, что наиболее важно, предоставляет теплопроводящий путь для рассеивания тепла.

9.2 Тренды отрасли

Рынок светодиодов средней мощности продолжает развиваться в сторону более высокой эффективности (лм/Вт) и улучшенной надёжности при снижении стоимости. Использование корпусов EMC, как в данной серии, является значительным трендом, заменяющим традиционные пластики благодаря превосходной устойчивости к теплу и влаге, что позволяет увеличить срок службы и повысить рабочие токи. Кроме того, наблюдается постоянное стремление к более узким цветовым и световым бинам для удовлетворения требований высококачественного освещения. Интеграция этих компонентов в модули и световые двигатели также является растущим трендом, упрощающим проектирование для производителей осветительной техники. Данные, представленные в этой спецификации, отражают текущий отраслевой стандарт для характеристики и спецификации производительности в реалистичных тепловых условиях.