Техническая спецификация светодиода 3030 средней мощности - Размер 3.0x3.0 мм - Напряжение 3.1 В - Мощность 0.5 Вт - Холодный белый 6000K

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны спецификации светодиода средней мощности форм-фактора 3030 в корпусе из эпоксидной компаундной смолы (EMC). Продукт разработан для оптимального баланса между световой отдачей (лм/Вт) и экономической эффективностью (лм/$) в сегменте средней мощности. Он предназначен для применений, требующих надежной работы и высококачественного светового потока.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данной серии светодиодов включают улучшенную тепловую конструкцию корпуса EMC, что способствует лучшему отводу тепла и долгосрочной надежности. Он заполняет нишу между приложениями средней и высокой мощности, способен работать с мощностью до 0,8 Вт. При максимальном токе накачки 240 мА и минимальном индексе цветопередачи (CRI) 70, он подходит для применений, требующих хорошего качества цвета. Устройство совместимо с процессами бессвинцовой пайки оплавлением. Ключевым целевым применением указаны дневные ходовые огни (ДХО).

2. Анализ технических параметров

Все измерения указаны для стандартных условий испытаний: прямой ток (IF) = 150 мА, температура окружающей среды (Ta) = 25°C и относительная влажность (RH) = 60%, если не указано иное.

2.1 Светотехнические и цветовые характеристики

Вариант холодного белого света имеет диапазон коррелированной цветовой температуры (CCT) от 5300K до 6488K, с типичным значением 6018K. Минимальный индекс цветопередачи (Ra) составляет 70, типичное значение — 71,5. Допуск измерения светового потока составляет ±7%, а допуск измерения CRI — ±2. CCT определяется по диаграмме цветности CIE 1931. Важно отметить, что таблица сохранения светового потока приведена только для справки.

2.2 Электрические и тепловые параметры

Прямое напряжение (VF) обычно составляет 3,1 В, с диапазоном от 2,8 В (мин.) до 3,4 В (макс.) при 150 мА. Обратный ток (IR) не превышает 10 мкА при обратном напряжении (VR) 5 В. Угол обзора (2θ½), определяемый как угол, при котором сила света составляет половину пиковой, обычно равен 120°. Тепловое сопротивление от перехода до точки пайки (Rth j-sp) обычно составляет 11 °C/Вт. Устройство выдерживает электростатический разряд (ESD) до 2000 В.

2.3 Абсолютные максимальные режимы эксплуатации

Работа устройства за этими пределами может привести к необратимому повреждению. Абсолютные максимальные режимы: непрерывный прямой ток (IF): 240 мА; импульсный прямой ток (IFP): 300 мА (длительность импульса ≤ 100 мкс, скважность ≤ 1/10); рассеиваемая мощность (PD): 816 мВт; обратное напряжение (VR): 5 В; рабочая температура (Topr): от -40°C до +105°C; температура хранения (Tstg): от -40°C до +105°C; температура перехода (Tj): 125 °C; температура пайки (Tsld): 230°C или 260°C в течение 10 секунд. Необходимо следить, чтобы рассеиваемая мощность не превышала абсолютный максимальный рейтинг.

3. Анализ рабочих характеристик

3.1 Спектральное и угловое распределение

Относительное спектральное распределение мощности (Рис. 1) определяет цветовые характеристики светодиода холодного белого света. Распределение по углу обзора (Рис. 2) показывает типичную диаграмму направленности 120°, подтверждая ламбертовский или близкий к нему профиль излучения, характерный для данного типа корпуса.

3.2 Зависимость от прямого тока

Зависимость между прямым током и относительным световым потоком (Рис. 3) показывает, что световой выход увеличивается с ростом тока, но в конечном итоге насыщается и ухудшается при более высоких токах из-за тепловых эффектов. Кривая зависимости прямого напряжения от прямого тока (Рис. 4) демонстрирует характерное экспоненциальное поведение диода, при котором VF увеличивается логарифмически с ростом IF.

3.3 Зависимость от температуры

Смещение координат цветности CIE (x, y) в зависимости от температуры окружающей среды (Рис. 5) критически важно для применений, чувствительных к цвету, показывая, как может дрейфовать белая точка. Относительный световой поток уменьшается с ростом температуры окружающей среды (Рис. 6), что является ключевым фактором при проектировании системы охлаждения. Аналогично, прямое напряжение обычно уменьшается с ростом температуры (Рис. 7).

3.4 Снижение номинала и максимальный ток

На Рис. 8 показан максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды для двух различных значений теплового сопротивления переход-среда (Rth j-a): 30°C/Вт и 35°C/Вт. Этот график необходим для определения безопасного рабочего тока в заданных тепловых условиях. Например, при температуре окружающей среды 85°C и Rth j-a=35°C/Вт максимальный ток значительно снижается по сравнению с абсолютным максимумом в 240 мА.

4. Структура цветовых групп (бинов)

Светодиоды сортируются по группам (бина) на основе их координат цветности для обеспечения цветовой однородности в приложении. На Рис. 9 показана диаграмма цветности CIE 1931 с определенной структурой бинов. В Таблице 5 приведено подробное описание кодов бинов. Погрешность измерения цветовых координат составляет ± 0,007. Все сортировки выполняются в стандартных условиях (IF=150 мА, Ta=25°C).

5. Рекомендации по применению и проектированию

5.1 Типовые сценарии применения

Данный светодиод хорошо подходит для различных применений общего освещения благодаря балансу эффективности, стоимости и качества. В спецификации отдельно упоминаются дневные ходовые огни (ДХО). Другие потенциальные применения включают внутреннее освещение (лампы, трубки, панели), архитектурную подсветку, вывески и подсветку дисплеев, где требуется холодная белая цветовая температура.

5.2 Тепловой менеджмент

Эффективный тепловой менеджмент крайне важен для достижения номинальных характеристик и долговечности. Типичное тепловое сопротивление 11 °C/Вт от перехода до точки пайки означает, что конструкция печатной платы должна обеспечивать путь с низким тепловым сопротивлением к окружающей среде. Для работы с высоким током или при высокой температуре окружающей среды рекомендуется использовать соответствующие тепловые переходные отверстия, медные площадки и, возможно, плату на металлической основе (MCPCB). Всегда обращайтесь к кривой снижения номинала (Рис. 8) для выбора соответствующего тока накачки.

5.3 Особенности электрического управления

Настоятельно рекомендуется использовать драйвер постоянного тока вместо источника постоянного напряжения для обеспечения стабильного светового потока и предотвращения теплового разгона. Драйвер должен быть выбран для работы в указанном диапазоне токов (до 240 мА непрерывно). Вариация прямого напряжения (от 2,8 В до 3,4 В) должна учитываться в диапазоне выходного напряжения драйвера. Для импульсного режима работы (IFP) необходимо строго соблюдать ограничения по длительности импульса (≤100 мкс) и скважности (≤1/10).

5.4 Пайка и обращение

Устройство совместимо с профилями бессвинцовой пайки оплавлением. Максимальная температура пайки составляет 230°C или 260°C в течение 10 секунд. Следует соблюдать стандартные рекомендации IPC/JEDEC J-STD-020 по чувствительности к влаге и профилям оплавления. При обращении и сборке необходимо соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда, так как устройство рассчитано на 2000 В по модели человеческого тела (HBM).

6. Сравнение и отличия

По сравнению с традиционными светодиодами средней мощности в пластиковых корпусах, корпус EMC обеспечивает превосходные тепловые характеристики и устойчивость к пожелтению от УФ-излучения, что приводит к лучшему сохранению светового потока и более длительному сроку службы. Форм-фактор 3030 обеспечивает большую тепловую площадку, чем корпуса меньшего размера (например, 2835), что позволяет рассеивать большую мощность (до 0,8 Вт) при сохранении умеренных габаритов. Указанный CRI 70+ обеспечивает лучшее качество цвета, чем у многих стандартных светодиодов средней мощности, что делает его подходящим для применений, где важна цветопередача.

7. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q: What is the main advantage of the EMC package?
A: The EMC package provides enhanced thermal conductivity compared to standard PPA plastic, leading to lower junction temperature, higher maximum drive current capability, and improved long-term reliability and lumen maintenance.

Q: How do I interpret the derating curve (Fig. 8)?
A: The curve shows the maximum continuous current you can safely apply at a given ambient temperature for a specific thermal resistance (Rth j-a) of your system. You must know your system's effective Rth j-a to use the correct curve. Exceeding these limits risks overheating and premature failure.

Q: Can I drive this LED at 240mA continuously?
A: You can only drive it at 240mA if the junction temperature is kept at or below 125°C. In most practical applications, especially at higher ambient temperatures, the current will need to be derated according to Fig. 8 to stay within the Tj limit.

Q: What is the purpose of the color binning?
A: Manufacturing variations cause slight differences in chromaticity between individual LEDs. Binning groups LEDs with very similar color coordinates together. Using LEDs from the same or adjacent bins in a fixture ensures uniform white color appearance without visible color differences (color mismatch).

8. Принципы работы и тренды

8.1 Базовый принцип работы

Это твердотельный источник света на основе полупроводникового диода. Когда прикладывается прямое напряжение, превышающее пороговое значение диода, электроны и дырки рекомбинируют в активной области полупроводникового кристалла (обычно на основе InGaN для синих/белых светодиодов), высвобождая энергию в виде фотонов (света). Холодный белый свет генерируется комбинацией синего светодиодного кристалла и люминофорного покрытия. Синий свет от кристалла возбуждает желтые (а иногда красные/зеленые) люминофоры, и смесь синего и желтого света воспринимается как белый.

8.2 Тенденции отрасли

Сегмент светодиодов средней мощности, особенно в корпусах типа 3030 и 2835, продолжает доминировать в общем освещении благодаря отличному соотношению цены и производительности. Тенденции включают постоянное улучшение световой отдачи (лм/Вт) за счет развития технологий кристаллов и люминофоров, стремление к более высокому CRI и лучшей цветовой однородности (более узкое бинирование), а также разработку корпусов с еще более низким тепловым сопротивлением для обеспечения более высоких токов накачки и плотностей мощности при том же форм-факторе. Переход от стандартных пластиков к корпусам EMC и другим высокопроизводительным материалам является явной тенденцией для повышения надежности в требовательных приложениях.