Техническая спецификация ELS-2326SURWA/S530-A3: Семисегментный индикатор с высотой знака 57.0 мм, прямое напряжение 2.0 В, ярко-красный цвет

1. Обзор продукта

ELS-2326SURWA/S530-A3 — это семисегментный буквенно-цифровой индикатор для сквозного монтажа, предназначенный для приложений, требующих четкого и надежного отображения числовой информации в различных условиях освещения. Это устройство относится к семейству промышленных стандартных компонентов, известных своей долговечностью и стабильными характеристиками.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

Основные преимущества этого дисплейного модуля обусловлены его конструкцией и выбором материалов. Он имеет стандартный промышленный форм-фактор, что обеспечивает совместимость с существующими топологиями печатных плат и разъемами, предназначенными для аналогичных компонентов. Ключевым преимуществом является низкое энергопотребление, что делает его подходящим для устройств с питанием от батарей или энергочувствительных приложений. Устройство изготовлено из бессвинцовых материалов и полностью соответствует директиве RoHS, отвечая современным экологическим и нормативным требованиям. Сегменты белые на сером фоне, что обеспечивает высокую контрастность для улучшенной читаемости.

1.2 Целевой рынок и позиционирование

Данный индикатор позиционируется для использования в экономичных приложениях, ориентированных на надежность, где первостепенное значение имеет четкая числовая индикация. Его конструкция ориентирована на долгосрочную работу в стандартных условиях эксплуатации, а не в экстремальных средах, требующих специализированных компонентов.

2. Подробный анализ технических параметров

Рабочие характеристики ELS-2326SURWA/S530-A3 определяются набором электрических, оптических и тепловых параметров, которые разработчик должен учитывать для успешной реализации.

2.1 Предельно допустимые параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Они не предназначены для нормальной работы.

• Обратное напряжение (V_R):5 В. Превышение этого напряжения при обратном смещении может вызвать пробой p-n перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):25 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на каждый сегмент.
• Пиковый прямой ток (I_FP):60 мА. Это допустимо только в импульсном режиме (скважность ≤ 10%, частота ≤ 1 кГц) и не должно использоваться для постоянного тока.
• Рассеиваемая мощность (P_d):60 мВт. Максимальная мощность, которая может рассеиваться в виде тепла, рассчитывается как Прямое напряжение (V_F) × Прямой ток (I_F).
• Рабочая температура (T_opr):от -40°C до +85°C. Диапазон температуры окружающей среды, в котором устройство гарантированно работает корректно.
• Температура хранения (T_stg):от -40°C до +100°C.
• Температура пайки (T_sol):260°C не более 5 секунд. Это критически важно для процессов волновой или ручной пайки, чтобы предотвратить термическое повреждение эпоксидной смолы и внутренних соединений.

2.2 Электрооптические характеристики

Измеренные при стандартной температуре перехода (T_a= 25°C), эти параметры определяют световой выход и электрическое поведение устройства в нормальных рабочих условиях.

• Сила света (I_v):15 мкд (мин.), 34 мкд (тип.) при I_F= 10 мА. Это средний световой выход на сегмент. К этому значению применяется допуск ±10%, что означает, что устройства сортируются или классифицируются на основе измеренной интенсивности.
• Пиковая длина волны (λ_p):632 нм (тип.). Длина волны, на которой спектральное излучение является наиболее сильным. Это ключевой параметр для воспринимаемого цвета (ярко-красный).
• Доминирующая длина волны (λ_d):624 нм (тип.). Единая длина волны, которая наилучшим образом соответствует воспринимаемому цвету света и может незначительно отличаться от пиковой длины волны.
• Спектральная ширина полосы (Δλ):20 нм (тип.). Диапазон излучаемых длин волн, измеренный на половине пиковой интенсивности (полная ширина на половине максимума). Более узкая полоса указывает на более спектрально чистый цвет.
• Прямое напряжение (V_F):2.0 В (тип.), 2.4 В (макс.) при I_F= 20 мА. Это падение напряжения на светодиоде при работе. Схема управления должна быть спроектирована для обеспечения достаточного напряжения. Указан допуск ±0.1В.
• Обратный ток (I_R):100 мкА (макс.) при V_R= 5 В. Это небольшой ток утечки, который протекает, когда устройство смещено в обратном направлении в пределах своего максимального рейтинга.

3. Система сортировки и категоризации

В спецификации указано, что устройства\"Классифицированы по силе света.\"Это относится к распространенной практике в производстве светодиодов, известной как \"биннинг\" (сортировка по корзинам).

3.1 Сортировка по силе света

Из-за присущих вариаций в эпитаксиальном росте полупроводника и производственном процессе световой выход светодиодов может различаться. Чтобы обеспечить единообразие для конечного пользователя, производители тестируют и сортируют (распределяют по корзинам) светодиоды на группы на основе измеренной силы света. ELS-2326SURWA/S530-A3 имеет типичную интенсивность 34 мкд с минимумом 15 мкд. Приобретенные устройства будут попадать в определенный диапазон интенсивности (корзину), который должен быть постоянным в пределах одной производственной партии или заказа. Объяснение маркировки включает \"CAT: Ранг силы света\", подтверждая эту практику.

3.2 Единообразие прямого напряжения

Хотя явно не описано как параметр для сортировки, жесткий допуск на прямое напряжение (±0.1В) указывает на тщательный контроль процесса. Единообразное V_Fважно для проектирования простых схем ограничения тока с последовательным резистором, так как это минимизирует вариации яркости между сегментами при питании от общего источника напряжения.

4. Анализ рабочих характеристик (кривые)

Графические данные дают представление о том, как параметры меняются в зависимости от условий эксплуатации.

4.1 Спектральное распределение

Спектральная кривая показывает относительную интенсивность света, излучаемого на разных длинах волн. Для этого устройства на основе AlGaInP кривая будет центрирована около 632 нм (пик) с типичной шириной полосы 20 нм. Эта кривая подтверждает монохроматический \"ярко-красный\" цвет без значительного излучения в других цветовых диапазонах.

4.2 Зависимость прямого тока от прямого напряжения (Вольт-амперная характеристика)

Эта кривая иллюстрирует нелинейную зависимость между током и напряжением в полупроводниковом диоде. Для светодиода небольшое увеличение напряжения выше порога включения (~1.8В) вызывает большое, экспоненциальное увеличение тока. Вот почему светодиоды должны управляться источником с ограничением тока (например, драйвером постоянного тока или последовательным резистором), а не источником постоянного напряжения, чтобы предотвратить тепловой разгон и разрушение.

4.3 Кривая снижения номинального прямого тока

Это один из наиболее критичных графиков для надежного проектирования. Он показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток (I_F) должен быть уменьшен с ростом температуры окружающей среды. При 25°C допустимы все 25 мА. По мере роста температуры к максимальной рабочей температуре 85°C допустимый ток значительно снижается. Это снижение номинала необходимо, потому что внутренняя температура перехода светодиода повышается как из-за температуры окружающей среды, так и из-за саморазогрева от протекающего тока. Превышение безопасной температуры перехода ухудшает световой выход и резко сокращает срок службы. Разработчики должны использовать эту кривую для выбора соответствующего рабочего тока для наихудшего случая температуры окружающей среды в их приложении.

5. Механическая информация и данные о корпусе

5.1 Физические размеры

Устройство имеет высоту знака 57.0 мм (2.24 дюйма), что классифицирует его как крупноформатный дисплей, подходящий для просмотра на расстоянии. Чертеж габаритных размеров предоставляет подробные измерения всего корпуса индикатора, расстояния и размера выводов для сквозного монтажа, а также расположения сегментов. Применяется общий допуск ±0.25 мм, если не указано иное. Чертеж необходим для создания посадочного места на печатной плате, обеспечения правильной установки и определения запретной зоны на плате.

5.2 Распиновка и внутренняя схема

Внутренняя схема показывает электрическое соединение отдельных сегментов (от a до g) и общего соединения. Этот дисплей использует схему с общим анодом, что означает, что аноды (положительные стороны) всех светодиодных сегментов соединены вместе внутри к общему выводу (или набору выводов). Катоды (отрицательные стороны) каждого сегмента выведены на отдельные выводы. Чтобы зажечь сегмент, общий анодный вывод подключается к положительному источнику питания, а соответствующий катодный вывод подтягивается к низкому уровню (заземляется) через токоограничивающий резистор. Схема распиновки указывает, какой физический вывод соответствует катоду каждого сегмента и общему аноду.

6. Рекомендации по пайке и сборке

Требуется правильное обращение для сохранения целостности и производительности устройства.

6.1 Параметры пайки

Предельно допустимый параметр указывает температуру пайки 260°C не более 5 секунд. Это относится к температуре выводов/проводов во время волновой или ручной пайки. Для пайки оплавлением следует использовать стандартный бессвинцовый профиль с пиковой температурой, не превышающей 260°C. Длительное воздействие высокой температуры может повредить внутренние проводные соединения, ухудшить эпоксидный корпус или вызвать расслоение.

6.2 Защита от электростатического разряда (ЭСР)

В спецификации содержится строгое предупреждение о чувствительности к ЭСР. Полупроводниковый кристалл AlGaInP уязвим для повреждения статическим электричеством, что может вызвать немедленный отказ или скрытые дефекты, снижающие долгосрочную надежность. Обязательные меры предосторожности включают: операторы должны носить заземляющие браслеты; использовать защищенные от ЭСР рабочие места, коврики и инструменты; обеспечивать правильное заземление всего оборудования; хранить и транспортировать устройства в проводящей или антистатической упаковке. Для нейтрализации заряда на непроводящих материалах в рабочей зоне можно использовать ионизаторы.

6.3 Условия хранения

Устройства должны храниться в указанном диапазоне температур хранения от -40°C до +100°C, в сухой среде для предотвращения поглощения влаги и в оригинальной защитной от ЭСР упаковке до готовности к использованию.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Устройство следует определенному процессу упаковки: 10 штук упаковываются в трубку для механической защиты и удобства обращения. Затем 10 трубок помещаются в коробку. Наконец, 4 коробки упаковываются в основную транспортную коробку. Такая иерархическая упаковка (10 шт./трубка → 10 трубок/коробка → 4 коробки/ящик) распространена для компонентов со сквозным монтажом и помогает в управлении запасами и автоматизированной сборке.

7.2 Расшифровка маркировки

Маркировка на упаковке содержит несколько кодов: CPN (номер детали заказчика), P/N (номер детали производителя: ELS-2326SURWA/S530-A3), QTY (количество), CAT (категория/ранг силы света) и LOT No (отслеживаемый номер производственной партии). Код \"CAT\" имеет решающее значение для обеспечения единообразия яркости в рамках производственной партии.

8. Примечания по применению и рекомендации по проектированию

8.1 Типичные сценарии применения

В спецификации предлагаются три основных области применения: Бытовые приборы (например, таймеры духовых шкафов, дисплеи стиральных машин), Приборные панели (для промышленного оборудования, измерительных приборов или автомобильного тюнинга) и Общие цифровые индикаторы. Его большой размер и хорошая контрастность делают его подходящим для приложений, где дисплей необходимо читать с расстояния в несколько метров или при достаточно ярком окружающем освещении.

8.2 Проектирование схемы управления

Проектирование схемы управления требует нескольких ключевых расчетов. Во-первых, определите рабочий ток (I_F) на основе требуемой яркости и температуры окружающей среды с использованием кривой снижения номинала. Типичное значение может составлять 10-20 мА. Для простой схемы с последовательным резистором и дисплеем с общим анодом, подключенным к напряжению питания V_CC, значение резистора для каждого сегмента равно: R = (V_CC- V_F) / I_F. Используя типичное V_F2.0В и питание 5В с I_F=15мА, получаем R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ом. Номинальная мощность резистора должна быть не менее I_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045Вт, поэтому стандартного резистора 1/8Вт (0.125Вт) достаточно. Для мультиплексирования нескольких разрядов обычно используются специализированные микросхемы драйверов (такие как сдвиговые регистры 74HC595 или драйверы дисплеев MAX7219) для управления катодами сегментов и анодами разрядов, что значительно сокращает количество требуемых выводов ввода-вывода микроконтроллера.

8.3 Тепловой менеджмент

Хотя это не мощное устройство, тепловые соображения по-прежнему важны для долговечности. Обеспечьте достаточное расстояние на печатной плате для некоторой циркуляции воздуха. Избегайте размещения дисплея рядом с другими значительными источниками тепла. Соблюдение кривой снижения номинального тока является основным методом теплового управления. Широкий диапазон рабочих температур (от -40°C до +85°C) указывает на надежность для большинства внутренних и многих наружных сред.

9. Техническое сравнение и дифференциация

ELS-2326SURWA/S530-A3 отличается своей специфической комбинацией атрибутов: большая высота знака 57.0 мм, сквозной монтаж, ярко-красное излучение на основе AlGaInP и конфигурация с общим анодом. По сравнению с меньшими дисплеями (например, 14.2 мм или 20 мм) он обеспечивает превосходную видимость на расстоянии. По сравнению с дисплеями для поверхностного монтажа (SMD), версии со сквозным монтажом, подобные этой, часто считаются более надежными для сред с высокой вибрацией или приложений, требующих ручного ремонта, и с ними обычно проще создавать прототипы. Материальная система AlGaInP обеспечивает высокую эффективность и хорошую чистоту цвета в красно-оранжево-янтарном спектре по сравнению со старыми технологиями.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим дисплеем напрямую с вывода микроконтроллера на 5В?

О: Нет. Вывод микроконтроллера не может выдавать или принимать достаточный ток (обычно 20-40 мА максимум на вывод, с общим ограничением на корпус) для яркого свечения нескольких сегментов. Что более важно, ток светодиода должен быть ограничен. Подключение его напрямую к источнику напряжения без последовательного резистора приведет к попытке потребления чрезмерного тока, что повредит как светодиод, так и, возможно, вывод микроконтроллера. Всегда используйте последовательный токоограничивающий резистор или специализированный драйвер постоянного тока.

В: Почему мой дисплей тусклый при работе при 85°C, даже если я использую тот же ток, что и при комнатной температуре?

А: Световая отдача светодиода (световой выход на единицу электрической мощности) уменьшается с ростом температуры перехода. Это фундаментальное свойство полупроводников. Кроме того, кривая снижения номинала требуетуменьшитьрабочий ток при высоких температурах окружающей среды, чтобы предотвратить перегрев. Оба эффекта способствуют снижению яркости при высокой температуре.

В: Что означает \"Бессвинцовый и соответствующий RoHS\" для моего проекта?

О: Это означает, что устройство не содержит свинца (Pb) или других ограниченных опасных веществ, определенных директивой RoHS (Об ограничении использования опасных веществ). Это юридическое требование для продажи электронных продуктов во многих регионах, включая Европейский Союз. Это также влияет на ваш процесс пайки, требуя использования бессвинцового припоя с более высокой температурой плавления, поэтому важен рейтинг пайки при 260°C.

В: Прямое напряжение типично 2.0В. Могу ли я питать его от системы на 3.3В?

О: Да, безусловно. При питании 3.3В (V_CC) значение последовательного резистора будет пересчитано. Для I_F=15мА: R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ом. Убедитесь, что ваша схема управления (микроконтроллер, драйверная микросхема) может выдерживать ток сегмента при подтягивании катода к низкому уровню.

11. Пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование простого цифрового таймера для лабораторного инкубатора.

Дисплей должен быть читаемым через всю комнату при обычном лабораторном освещении. Выбрана высота знака ELS-2326SURWA/S530-A3 57.0 мм для хорошей видимости. В инкубаторе установлен внутренний микроконтроллер, работающий от 5В. Для простоты выбрана конфигурация с общим анодом. В конструкции используется один сдвиговый регистр 74HC595 для управления 7 катодами сегментов и транзисторная сборка (например, ULN2003) для стока тока для общих анодов 4 разрядов, что позволяет мультиплексирование. Рабочий ток установлен на 12 мА на сегмент для обеспечения хорошей яркости, оставаясь в пределах лимита 25 мА и оставляя запас для снижения номинала из-за температуры внутри теплого корпуса инкубатора (макс. ~40°C). Используются последовательные резисторы 220 Ом ((5В - 2.0В)/0.012А ≈ 250Ом; 220Ом — ближайшее стандартное значение, что дает I_F≈ 13.6мА). Разводка печатной платы включает точное посадочное место из спецификации, а во время сборки техники используют ЭСР-браслеты и паяльник с контролем температуры, установленный на 350°C, с быстрыми соединениями менее 3 секунд на вывод.

12. Принцип работы

Семисегментный индикатор представляет собой сборку из семи светоизлучающих диодных (LED) полосок, расположенных в виде восьмерки. Каждая полоска является независимым светодиодом. Избирательно зажигая определенные комбинации этих семи сегментов, можно формировать все десятичные цифры (0-9) и некоторые буквы. В индикаторе с общим анодом, таком как этот, все аноды (положительные выводы) светодиодов сегментов соединены вместе в общий узел. Катоды (отрицательные выводы) разделены. Чтобы зажечь сегмент, положительное напряжение подается на общий анод, а катод нужного сегмента подключается к более низкому напряжению (обычно земле) через токоограничивающую цепь. Полупроводниковый материал AlGaInP (фосфид алюминия-галлия-индия), используемый в этом устройстве, представляет собой соединение с прямой запрещенной зоной, специально разработанное для излучения света в красно-янтарной области видимого спектра, когда электроны рекомбинируют с дырками через запрещенную зону — процесс, называемый электролюминесценцией.

13. Технологические тренды

Рынок дискретных семисегментных индикаторов в значительной степени стабилен, при этом типы со сквозным монтажом, подобные этому, обслуживают устаревшие конструкции, рынки ремонта и приложения, где ценится надежность. Более широкая тенденция в технологии дисплеев движется в сторону устройств для поверхностного монтажа (SMD) для автоматизированной сборки, модулей с несколькими разрядами более высокой плотности и интеграции контроллеров и драйверов в корпус дисплея. Также наблюдается тенденция к более широкой цветовой гамме и использованию передовых люминофоров в белых светодиодах, но для монохромных красных индикаторов AlGaInP остается доминирующей высокоэффективной технологией. Принципы управления током, теплового менеджмента и защиты от ЭСР, рассмотренные в этой спецификации, являются фундаментальными и универсально применимыми ко всем светодиодным технологиям — от этого дискретного индикатора до современных мощных светодиодов освещения.