Техническая спецификация SMD RGB светодиода 19-C47 - 8-битное ШИМ управление - Питание 5В - Полноцветный

1. Обзор продукта

19-C47 — это компактный компонент для поверхностного монтажа (SMD), объединяющий три отдельных светодиодных кристалла (красный, зеленый, синий) со специализированной ИС драйвера с тремя каналами постоянного тока. Эта интеграция обеспечивает точное смешение цветов и управление, делая компонент ключевым для приложений, требующих яркого, программируемого полноцветного свечения. Его основное преимущество заключается в сочетании малых габаритов, упрощенной внешней схемотехники благодаря встроенному драйверу и сложного 8-битного широтно-импульсного модулирования (ШИМ) для каждого цветового канала.

1.1 Ключевые особенности и преимущества

• Интегрированный драйвер:Содержит 3-канальный драйвер светодиодов с линейным 8-битным ШИМ управлением, что устраняет необходимость во внешних ШИМ контроллерах для базового смешения цветов.
• Высокая глубина цвета:Каждый RGB кристалл может управляться с 256 уровнями градаций яркости (8 бит), что позволяет получить более 16 миллионов возможных цветов (256^3).
• Компактный SMD корпус:Значительно меньше традиционных светодиодов в выводном корпусе, что позволяет повысить плотность монтажа на плате, уменьшить размер конечного изделия и подходит для автоматизированной сборки.
• Соответствие стандартам:Продукт не содержит свинца, соответствует директивам RoHS, EU REACH и стандартам по отсутствию галогенов (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm).
• Совместимость с процессами:Разработан для совместимости со стандартными процессами пайки оплавлением в ИК-печи и паровом фазе.

1.2 Целевые области применения

Этот компонент предназначен для приложений, требующих динамического полноцветного освещения и отображения.

• Внутренние и наружные полноцветные LED видеодисплеи и вывески.
• Декоративные LED ленты и архитектурная подсветка.
• Подсветка приборных панелей, переключателей и символов.
• Индикаторы состояния и подсветка в телекоммуникационном оборудовании.
• Общие полноцветные осветительные приложения.

2. Технические характеристики и углубленный анализ

2.1 Абсолютные максимальные и рабочие условия

Эти параметры определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в рекомендуемых условиях обеспечивает надежную работу.

• Напряжение питания (VDD):Абсолютный максимальный диапазон составляет от +4.2В до +5.5В. Рекомендуемое типичное рабочее напряжение — 5.0В. Превышение 5.5В может повредить внутреннюю ИС драйвера.
• Входное напряжение (VIN):Напряжение на логических входных выводах (DIN) должно поддерживаться в диапазоне от -0.5В до VDD+0.5В. Для надежного распознавания логической единицы типичное напряжение составляет 3.3В, а логический ноль должен быть ниже 0.3*VDD (обычно 1.5В при VDD=5В).
• Защита от ЭСР:Рассчитан на 2000В по модели человеческого тела (HBM). Хотя это обеспечивает базовую защиту при обращении, во время сборки все равно необходимы надлежащие меры предосторожности от ЭСР.
• Температурные диапазоны:Рабочая температура от -20°C до +70°C. Температура хранения от -40°C до +90°C. Профиль пайки критичен: пиковая температура при пайке оплавлением не должна превышать 260°C в течение 10 секунд или 350°C в течение 3 секунд при ручной пайке.

2.2 Статические электрические характеристики

Измерено при Ta=25°C, VDD=5В. Эти характеристики определяют электрическое поведение устройства в статических условиях.

• Ток потребления (IDD):Типичное потребление тока самой ИС драйвера составляет 2.5 мА, когда все выходы светодиодов выключены (скважность ШИМ 0%). Это ток покоя.
• Пороги логических уровней:Подтверждает уровни входного напряжения: VIH (Высокий) обычно 3.3В, а VIL (Низкий) — максимум 0.3*VDD.

2.3 Тайминги и протокол передачи данных

Устройство использует последовательный протокол связи для приема 24-битных данных (по 8 бит для каждого красного, зеленого и синего канала). Тайминги критически важны для безошибочной передачи данных.

• Тайминги высокоскоростного режима:
  • T0H (код 0, время высокого уровня): 300нс ±80нс.
  • T0L (код 0, время низкого уровня): 900нс ±80нс.
  • T1H (код 1, время высокого уровня): 900нс ±80нс.
  • T1L (код 1, время низкого уровня): 300нс ±80нс.
  • RES (Время сброса): Должно быть больше 50мкс низкого уровня сигнала для фиксации данных.
• Формат данных:Для одного устройства последовательно отправляются 24 бита данных: обычно G7-G0, R7-R0, B7-B0 (порядок может меняться, проверьте детали протокола).
• Каскадирование:Несколько устройств можно соединять последовательно. Вывод DOUT одного устройства подается на вывод DIN следующего. После приема своих 24 бит устройство автоматически пересылает последующие биты на DOUT.
• Примечания по проектированию:
  • Для улучшения целостности сигнала рекомендуется использовать RC-фильтр и подтягивающий/стягивающий резистор (R1, предлагается 10кОм — 100кОм) на линии данных.
  • Для стабильного питания и помехозащищенности рядом с выводом VDD должен быть установлен блокировочный конденсатор 0.1мкФ.

3. Электрооптические характеристики и система бинов

Эти параметры определяют световой поток и цветовые свойства светодиодных кристаллов, измеренные при прямом токе (IF) 5мА и Ta=25°C.

3.1 Оптические характеристики

• Сила света (Iv):Типичный световой поток различается в зависимости от цвета кристалла:
  • Красный (RS): 70 мкд (мин. 28.5, макс. 180).
  • Зеленый (GH): 180 мкд (мин. 140, макс. 360).
  • Синий (BH): 40 мкд (мин. 28.5, макс. 72).
• Угол обзора (2θ1/2):Широкий угол обзора 120 градусов, подходит для приложений, требующих широкого распределения света.
• Длина волны:
  • Пиковая длина волны (λp): Красный ~632нм, Зеленый ~518нм, Синий ~468нм.
  • Доминирующая длина волны (λd): Красный 617.5-629.5нм, Зеленый 525-540нм, Синий 465-475нм.
• Спектральная ширина (Δλ):Красный ~20нм, Зеленый ~35нм, Синий ~25нм.

3.2 Объяснение системы бинов

Для обеспечения цветовой однородности в производстве светодиоды сортируются по бинам на основе силы света. Конструкторам следует указывать требуемые коды бинов для однородного внешнего вида в массиве.

• Бины красного (RS):N (28.5-45 мкд), P (45-72 мкд), Q (72-112 мкд), R (112-180 мкд).
• Бины зеленого (GH):R2 (140-180 мкд), S1 (180-225 мкд), S2 (225-285 мкд), T1 (285-360 мкд).
• Бины синего (BH):N (28.5-45 мкд), P (45-72 мкд).

Допуски:Сила света имеет допуск ±11%, а доминирующая длина волны — допуск ±1нм в пределах бина.

4. Механические характеристики, упаковка и монтаж

4.1 Габариты корпуса и распиновка

Устройство поставляется в компактном SMD корпусе. Предлагаемая контактная площадка является отправной точкой и должна быть оптимизирована под конкретные производственные процессы.

• Функции выводов:
  1. DOUT:Выход данных для каскадирования на DIN следующего устройства.
  2. VDD:Вход питания (+5В). Требует локального блокировочного конденсатора 0.1мкФ.
  3. DIN:Последовательный вход данных для информации ШИМ управления.
  4. GND:Общая земля для питания и данных.

4.2 Рекомендации по пайке и монтажу

• Профиль оплавления:Совместим со стандартными профилями с пиковой температурой не выше 260°C в течение 10 секунд.
• Ограничение тока: Критично:Интегрированный драйвер обеспечивает управление постоянным током для светодиодов на основе ШИМ входа. Однако внешнее напряжение питания (VDD) должно быть стабилизировано. Небольшое превышение напряжения может вызвать значительное увеличение тока через драйвер и светодиоды, приводящее к мгновенному перегоранию. Правильная стабилизация напряжения крайне важна.

4.3 Чувствительность к влаге и хранение

Это устройство, чувствительное к влаге (MSD).

• До вскрытия:Храните запечатанный влагозащитный пакет при температуре ≤30°C и влажности ≤90%.
• После вскрытия:"Время жизни на производстве" составляет 168 часов (7 дней) при температуре ≤30°C и влажности ≤60%. Если не использовано в течение этого времени, неиспользованные детали должны быть повторно упакованы с осушителем.
• Прогрев:Если время жизни на производстве превышено или индикаторная карта влажности показывает проникновение влаги, перед пайкой требуется прогрев для предотвращения "попкорн"-эффекта во время оплавления.

4.4 Спецификации упаковки

• Лента и катушка:Упакован в ленту шириной 8мм на катушках диаметром 7 дюймов. Каждая катушка содержит 2000 штук.
• Информация на этикетке:Этикетки на катушках включают номер продукта (P/N), количество (QTY) и критически важные коды бинов для ранга силы света (CAT), ранга цветности/длины волны (HUE) и ранга прямого напряжения (REF).

5. Рекомендации по проектированию и ЧАВО

5.1 Типовая схема включения

Базовая схема включает стабилизированный источник питания 5В, микроконтроллер (МК) с цифровым выводом ввода-вывода, способным генерировать точный последовательный протокол, и светодиод. Вывод ввода-вывода МК подключается к DIN первого светодиода. Для нескольких светодиодов они соединяются последовательно. Конденсатор 0.1мкФ устанавливается между VDD и GND у каждого устройства. Последовательный резистор (например, от 100Ом до 470Ом) может быть установлен последовательно с линией данных рядом с МК для гашения выбросов, хотя в спецификации предлагается RC-фильтр.

5.2 Вопросы проектирования

• Источник питания:Используйте хорошо стабилизированный источник 5В. Пульсации и шум могут влиять на однородность цвета и целостность данных.
• Целостность линии данных:При длинных кабелях или большом количестве устройств в цепочке может происходить ухудшение сигнала. Рассмотрите использование буферных микросхем или дифференциальных драйверов для надежной связи.
• Тепловой менеджмент:Хотя драйвер управляет током, светодиоды выделяют тепло. Для работы с высокой скважностью или при высоких температурах окружающей среды обеспечьте достаточную медную разводку на плате или теплоотвод для поддержания температуры перехода в допустимых пределах.
• Калибровка цвета:Из-за вариаций бинов для профессиональных дисплейных приложений может потребоваться этап калибровки цвета с использованием 8-битного ШИМ управления для достижения единой белой точки и цветового охвата на всех пикселях.

5.3 Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

• В: Какой максимальный ток на канал светодиода?О: В спецификации не указан фиксированный прямой ток (IF) для светодиодов при управлении от внутреннего драйвера. Световой поток указан при IF=5мА, что, вероятно, является установленным током драйвера для каждого канала. Конструкция драйвера с постоянным током защищает светодиоды, но абсолютное максимальное напряжение VDD не должно превышаться.
• В: Могу ли я управлять этим светодиодом от микроконтроллера на 3.3В?О: Да. Напряжение логической единицы на входе (VIH) обычно составляет 3.3В, что совместимо с логикой 3.3В. Однако убедитесь, что питание VDD остается на уровне 5В для корректной работы драйвера светодиодов.
• В: Сколько светодиодов можно соединить последовательно?О: Ограничение определяется скоростью обновления данных и целостностью сигнала. Каждое устройство добавляет небольшую задержку распространения. Для 24-битного потока данных на устройство и целевой частоты обновления (например, 60Гц) можно рассчитать максимальное количество. При тактовой частоте 800кбит/с можно соединить сотни устройств для статической подсветки, но для видео количество меньше из-за необходимости высоких частот обновления.
• В: Почему блокировочный конденсатор обязателен?О: Драйверная ИС коммутирует ток через светодиоды на высоких частотах (ШИМ). Это вызывает резкие скачки тока на линии VDD. Локальный конденсатор 0.1мкФ обеспечивает этот высокочастотный ток локально, предотвращая просадки напряжения, которые могут вызвать сброс ИС или мерцание, и снижает электромагнитные помехи (ЭМП).

6. Техническое сравнение и тренды

6.1 Отличие от обычных светодиодов

Ключевое отличие 19-C47 — его интегрированный драйвер. По сравнению с дискретным RGB светодиодом, который требует три внешних токоограничивающих резистора и внешний ШИМ контроллер (например, от МК с тремя ШИМ выводами), это устройство упрощает проектирование. Оно требует только одну линию данных и питание, что радикально сокращает количество выводов МК и сложность ПО для больших массивов. Компромисс — несколько более высокая стоимость компонента и необходимость управления последовательным протоколом.

6.2 Принцип работы

Устройство работает по принципу последовательного входа, параллельного выхода для данных ШИМ. 24-битное слово данных тактируется во внутренний регистр. Этот регистр управляет отдельными 8-битными ШИМ генераторами для каждого цвета. ШИМ генераторы модулируют источники постоянного тока, управляющие соответствующими светодиодными кристаллами. Человеческий глаз интегрирует быстрые импульсы включения/выключения, воспринимая определенный уровень яркости для каждого основного цвета, которые смешиваются, образуя итоговый цвет.

6.3 Тенденции отрасли

Тренд в адресных светодиодах направлен в сторону большей интеграции, более высоких скоростей передачи данных и улучшенных цветовых характеристик. Преемники 8-битного ШИМ (как это устройство) часто имеют 16-битное или более высокое ШИМ для более плавного диммирования и лучшей цветопередачи (устранение мерцания или сдвига цвета при низкой яркости). Протоколы становятся быстрее и надежнее (например, с использованием манчестерского кодирования или дифференциальной передачи). Также наблюдается тенденция к включению глобального управления яркостью и температурной компенсации в саму ИС драйвера. 19-C47 представляет собой зрелое, экономически эффективное решение для многих основных полноцветных осветительных и дисплейных приложений.