Техническая документация на светодиоды серии 3030 средней мощности - 3.0x3.0x?мм - Напряжение 6.8В - Мощность 1.3Вт - Холодный/Нейтральный/Теплый белый

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики светодиодных компонентов средней мощности серии 3030. Разработанные для общего освещения, эти светодиоды используют корпус из термоупрочненной эпоксидной компаундной массы (EMC), что обеспечивает оптимальный баланс световой отдачи, экономической эффективности и надежности. Серия характеризуется размером 3.0мм x 3.0мм и способна работать на уровнях мощности до 1.3Вт, занимая промежуточное положение между традиционными светодиодами средней мощности и начального уровня высокой мощности.

1.1 Ключевые преимущества и позиционирование

Основное ценностное предложение данной серии светодиодов заключается в достижении одного из лучших соотношений люмен на ватт (лм/Вт) и люмен на доллар (лм/$) в категории средней мощности. Корпус EMC обеспечивает превосходное тепловое управление по сравнению со стандартными пластиками PPA или PCT, позволяя использовать более высокие рабочие токи и улучшая долгосрочное поддержание светового потока. Продукт совместим с процессами бессвинцовой пайки оплавлением, что соответствует современным экологическим стандартам производства.

1.2 Целевые области применения

Эта универсальная серия светодиодов разработана для широкого спектра осветительных решений. Ключевые области применения включают: лампы-ретрофиты для замены традиционных ламп накаливания или люминесцентных источников, общее окружающее освещение для жилых и коммерческих помещений, подсветку для внутренних и наружных вывесок, а также архитектурное или декоративное освещение, где важны как производительность, так и эстетическое качество цвета.

2. Подробный анализ технических параметров

Все параметры измерены при стандартных условиях испытаний: Ta = 25°C и относительная влажность 60%, если не указано иное.

2.1 Электрооптические характеристики

Фотометрические характеристики определены при прямом токе (I_F) 150мА. Серия предлагает диапазон коррелированной цветовой температуры (CCT) от теплого белого (2725K) до холодного белого (6530K), все с минимальным индексом цветопередачи (CRI или Ra) 80. Типичные значения светового потока варьируются в зависимости от бина CCT, составляя приблизительно от 107 лм до 120 лм при 150мА. Важно отметить заявленные допуски измерений: ±7% для светового потока и ±2 для CRI. Доминирующий угол обзора (2Θ1/2) составляет 110 градусов, обеспечивая широкое распределение луча, подходящее для общего освещения.

2.2 Электрические и тепловые параметры

Типичное прямое напряжение (V_F) составляет 6.8В при 150мА с допуском ±0.1В. Абсолютный максимальный прямой ток — 200мА постоянного тока, импульсный прямой ток (I_FP) 300мА допускается при определенных условиях (длительность импульса ≤ 100мкс, скважность ≤ 1/10). Максимальная рассеиваемая мощность — 1360 мВт. Критическим тепловым параметром является тепловое сопротивление переход-точка пайки (R_{th j-sp}), которое обычно составляет 17 °C/Вт. Это низкое тепловое сопротивление является прямым преимуществом корпуса EMC, обеспечивая эффективный отвод тепла от светодиодного перехода.

2.3 Абсолютные максимальные режимы эксплуатации

Работа устройства за пределами этих ограничений может привести к необратимому повреждению. Ключевые предельные значения включают: Прямой ток: 200 мА; Обратное напряжение: 5 В; Температура перехода: 115 °C; Диапазон рабочих температур: от -40 до +85 °C; Диапазон температур хранения: от -40 до +85 °C. Температурный профиль пайки не должен превышать 230°C или 260°C более 10 секунд.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой и яркостной однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам.

3.1 Цветовой биннинг (CCT)

Продукт использует эллиптическую структуру бинов на диаграмме цветности CIE 1931, соответствующую требованиям Energy Star для диапазона 2600K–7000K. Определены шесть основных цветовых кодов (например, 27M5, 30M5...65M6), каждый с центральной координатой (x, y), большой полуосью (a), малой полуосью (b) и углом (Φ). Погрешность измерения цветовых координат составляет ±0.007. Такой строгий биннинг обеспечивает минимальную видимую разницу в цвете в пределах одного осветительного прибора.

3.2 Биннинг по световому потоку

Внутри каждого цветового бина светодиоды дополнительно сортируются по выходному световому потоку при 150мА. Определены несколько рангов потока (например, 2A, 2B, 2C, 2D, 2E), каждый из которых охватывает определенный диапазон люмен (например, 94-100 лм, 100-107 лм и т.д.). Это позволяет разработчикам выбирать бины, соответствующие точным требованиям к яркости для их приложения.

3.3 Биннинг по прямому напряжению

Светодиоды также сортируются по падению прямого напряжения при испытательном токе. Хотя конкретные значения кодов и диапазонов подробно описаны в таблице спецификаций, этот биннинг помогает проектировать более эффективные и стабильные драйверные схемы, особенно в цепочках из нескольких светодиодов.

4. Анализ кривых производительности

4.1 ВАХ и относительный световой поток

Рисунок 3 показывает зависимость между прямым током и относительным световым потоком. Выход относительно линеен вплоть до максимального номинального тока, но разработчикам следует учитывать, что эффективность (лм/Вт), как правило, снижается при более высоких токах из-за увеличения тепловой нагрузки и эффекта "droop". Рисунок 4 иллюстрирует кривую зависимости прямого напряжения от тока, что важно для проектирования драйвера, обеспечивающего правильное соответствие напряжения.

4.2 Температурная зависимость

Рисунки 6 и 7 демонстрируют влияние температуры окружающей среды (T_a) на производительность. Световой выход уменьшается с ростом температуры, что характерно для всех светодиодов. Напротив, прямое напряжение снижается с повышением температуры. Рисунок 5 показывает смещение цветовых координат (CIE x, y) в зависимости от температуры, что критически важно для приложений, требующих стабильной цветовой точки. Рисунок 8 предоставляет важный для проектирования график: максимально допустимый прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды для двух различных сценариев теплового сопротивления (R_j-a=35°C/Вт и 45°C/Вт). Этот график жизненно важен для определения безопасных рабочих токов в реальных тепловых условиях.

4.3 Спектральное и угловое распределение

Рисунок 1 представляет типичное спектральное распределение мощности, показывающее широкий спектр белого света, преобразованного люминофором, характерный для синего светодиода с люминофорным покрытием. Рисунок 2 изображает пространственное распределение интенсивности (диаграмма направленности), подтверждая широкую, близкую к ламбертовой, диаграмму направленности, указанную углом обзора 110 градусов.

5. Рекомендации по применению и проектированию

5.1 Тепловое управление

Эффективный теплоотвод имеет первостепенное значение для производительности и долговечности. Несмотря на низкое R_{th j-sp}, тепловой путь от точки пайки до окружающей среды (R_{th sp-a}) должен быть минимизирован за счет правильной конструкции печатной платы (использование тепловых переходных отверстий, достаточной площади меди) и теплоотвода на системном уровне. Обратитесь к Рисунку 8 для снижения номинального рабочего тока на основе расчетной T_aи системного R_j-a.

5.2 Электрическое управление

Настоятельно рекомендуется использовать драйвер постоянного тока для обеспечения стабильного светового потока и цвета. Драйвер должен быть спроектирован для работы в пределах Абсолютных Максимальных Режимов Эксплуатации, учитывая биннинг по напряжению и влияние температуры на V_F. Для конструкций, работающих близко к максимальному току, следует учитывать компромисс между более высокой светоотдачей и сниженной эффективностью/сроком службы.

5.3 Оптическая интеграция

Угол обзора 110 градусов делает эти светодиоды подходящими для применений, требующих широкого, рассеянного освещения без вторичной оптики. Для направленного освещения необходимо выбирать соответствующие линзы или отражатели. Последовательный цветовой и световой биннинг обеспечивает однородный внешний вид в многодиодных массивах.

6. Пайка и обращение

Компонент совместим со стандартными профилями бессвинцовой пайки оплавлением. Пиковая температура пайки не должна превышать 230°C или 260°C, время выдержки выше 217°C ограничено 60 секундами, а время при пиковой температуре — 10 секундами. При обращении следует соблюдать стандартные меры предосторожности от электростатического разряда (ESD), так как устройство имеет напряжение пробоя ESD 1000В (модель человеческого тела).

7. Техническое сравнение и дифференциация

Ключевым отличием этой серии является использование корпуса EMC в форм-факторе средней мощности 3030. По сравнению со стандартными пластиковыми корпусами (PPA/PCT), EMC предлагает значительно более высокую теплопроводность и устойчивость к высоким температурам и УФ-излучению, что приводит к лучшему поддержанию светового потока и цветовой стабильности в течение всего срока службы продукта. Это позволяет управлять светодиодом на более высоких токах (до 200мА), чем типичными светодиодами средней мощности, сокращая разрыв с устройствами высокой мощности, сохраняя при этом стоимостные и оптические преимущества платформы средней мощности.

8. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Каково фактическое энергопотребление в типичной рабочей точке?

О: При I_F= 150мА и V_F= 6.8В, типичная электрическая мощность составляет 150мА * 6.8В = 1.02Вт.

В: Как выбрать правильный бин CCT и светового потока для моего проекта?

О: Выберите CCT (например, 3000K теплый белый, 4000K нейтральный белый, 6500K холодный белый) исходя из желаемой атмосферы. Выберите бин светового потока на основе целевого светового потока на один светодиод, учитывая таблицы бинов и допуски измерений. Для однородных массивов укажите один строгий бин как для цвета, так и для потока.

В: Могу ли я непрерывно управлять этим светодиодом на токе 200мА?

О: Да, но только если температура перехода поддерживается значительно ниже максимального значения 115°C. Это требует превосходного теплового управления. См. Рисунок 8; при температуре окружающей среды 85°C максимально допустимый ток для системы с R_j-a=45°C/Вт составляет всего около 89мА. Следовательно, работа на 200мА возможна только в очень хорошо охлаждаемых средах с низкой температурой окружающей среды.

9. Пример проекта и использования

Сценарий: Проектирование светодиодной лампы-заменителя на 1200 лм (A19).

Цель: 1200 лм, CCT 2700K, входное напряжение 120В переменного тока.

Этапы проектирования:

1. Выбор светодиода:Выберите модель T3C27821C-**AA (CCT 2725K). Выберите бин с высоким световым потоком (например, 2D или 2E) для максимальной отдачи на один светодиод.

2. Расчет количества:Предполагая 115 лм/светодиод (типично для бина 2D), необходимо примерно 1200 лм / 115 лм/светодиод ≈ 11 светодиодов.

3. Электрическая схема:Соберите 11 светодиодов в последовательную цепочку. Суммарное прямое напряжение при 150мА составит ~11 * 6.8В = 74.8В. Выберите изолированный драйвер постоянного тока для светодиодов с выходными параметрами, соответствующими 74.8В, 150мА.

4. Тепловая конструкция:Общая рассеиваемая мощность составляет ~1.02Вт/светодиод * 11 светодиодов = 11.22Вт. Значительная часть — это тепло. Лампа должна включать алюминиевый радиатор или аналогичный элемент для поддержания температуры точки пайки светодиода ниже кривой снижения номинала на Рисунке 8, обеспечивая долгий срок службы и стабильный световой поток.

5. Оптическая конструкция:Широкий угол луча 110 градусов может быть достаточным для всенаправленных ламп. Рассеивающий колпак будет использоваться для смешения нескольких точечных источников в равномерное свечение.

10. Технические принципы и тренды

10.1 Принцип работы

Это белый светодиод с люминофорным преобразованием. Основной полупроводниковый элемент — синий светоизлучающий диод на основе InGaN (нитрид индия-галлия). Часть синего света поглощается люминофорным покрытием на основе иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (YAG:Ce), которое переизлучает его в виде широкоспектрального желтого света. Комбинация оставшегося синего света и преобразованного желтого света создает восприятие белого света. Соотношение синего и желтого света, контролируемое составом и толщиной люминофора, определяет коррелированную цветовую температуру (CCT).

10.2 Отраслевые тренды

Сегмент светодиодов средней мощности продолжает развиваться в сторону повышения эффективности (лм/Вт) и улучшения надежности при конкурентоспособной стоимости. Внедрение EMC и других высокопроизводительных материалов корпусов (таких как керамика и термопластики) является ключевым трендом, позволяющим использовать более высокие рабочие токи и лучшее поддержание светового потока. Также наблюдается постоянное стремление к повышению значений индекса цветопередачи (CRI) и более точной цветовой однородности (более строгий биннинг) для удовлетворения требований рынков качественного освещения. Кроме того, интеграция этих светодиодов на стандартные платы, такие как COB (Chip-on-Board) или гибкие ленты, является распространенным трендом в применении для упрощения сборки и улучшения тепловых характеристик.