SMD RGB светодиод со встроенной микросхемой - Управление постоянным током - 5В - 65мА - Линза с белым рассеивателем - Техническая спецификация

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики поверхностно-монтируемого RGB светодиода, который объединяет схему управления и RGB-кристаллы в одном корпусе. Эта интегрированная конструкция образует полный, индивидуально адресуемый пиксель, устраняя необходимость во внешних драйверных схемах для работы с постоянным током. Устройство разработано для автоматизированной сборки на печатные платы и подходит для применений с ограниченным пространством в широком спектре электронного оборудования.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основное преимущество этого компонента - его комплексная конструкция "всё в одном". Благодаря встроенной 8-битной микросхеме драйвера, он обеспечивает управление постоянным током с ШИМ для каждого из красного, зеленого и синего кристаллов. Это позволяет каждому основному цвету достичь 256 уровней яркости, обеспечивая создание более 16,7 миллионов различных цветов. Передача сигнала между несколькими устройствами упрощена благодаря однопроводному каскадному порту. Ключевые особенности включают соответствие RoHS, упаковку, совместимую с автоматическим монтажным оборудованием, и пригодность для процессов пайки инфракрасным оплавлением. Области применения охватывают телекоммуникации, офисную автоматизацию, бытовую технику, промышленное оборудование, индикаторы состояния, подсветку передних панелей, полноцветные модули, декоративное освещение и внутренние видеоэкраны.

График спектрального распределения показывает пики излучения для трех цветов. Красный светодиод (использующий технологию AlInGaP) имеет доминирующую длину волны в диапазоне 615-630 нм. Зеленый и синий светодиоды (использующие технологию InGaN) имеют пики в диапазонах 520-535 нм и 460-475 нм соответственно. Кривые помогают понять чистоту цвета и возможное перекрытие между каналами.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эксплуатация устройства за пределами этих значений может привести к необратимому повреждению. Абсолютные максимальные параметры указаны при температуре окружающей среды (Ta) 25°C.

• Рассеиваемая мощность (P):358 мВт. Это максимальная общая мощность, которую может рассеивать корпус.
• Диапазон напряжения питания (VDD):+4,2В до +5,5В. Встроенная микросхема требует этого стабилизированного диапазона напряжения для правильной работы.
• Общий постоянный прямой ток (IF):65 мА. Это максимальный общий ток, который может быть подан на объединенные RGB-кристаллы.
• Диапазон рабочих температур:-40°C до +85°C.
• Диапазон температур хранения:-40°C до +100°C.

2.2 Оптические характеристики

Оптические характеристики измерены при Ta=25°C, VDD=5В и при установке всех цветовых каналов на максимальную яркость (8'b11111111).

• Сила света (Iv):
  • Красный (AlInGaP): 340 мкд (Мин.), 800 мкд (Макс.)
  • Зеленый (InGaN): 600 мкд (Мин.), 1500 мкд (Макс.)
  • Синий (InGaN): 150 мкд (Мин.), 360 мкд (Макс.)
• Угол обзора (2θ1/2):120 градусов (Тип.). Это полный угол, при котором сила света составляет половину осевой интенсивности.
• Доминирующая длина волны (λd):
  • Красный: 615 нм до 630 нм
  • Зеленый: 520 нм до 535 нм
  • Синий: 460 нм до 475 нм

2.3 Электрические характеристики

Электрические параметры указаны в диапазоне температур окружающей среды от -20°C до +70°C и диапазоне напряжения питания (VDD) от 4,2В до 5,5В.

• Выходной ток микросхемы (IF):20 мА (Тип.) на каждый цветовой канал (красный, зеленый, синий отдельно). Это постоянный ток, установленный встроенным драйвером.
• Уровни входного напряжения:
  • Высокий уровень входного напряжения (VIH): мин. 2,7В до макс. VDD для DIN и других управляющих выводов.
  • Низкий уровень входного напряжения (VIL): мин. 0В до макс. 1,0В.
• Рабочий ток микросхемы (IDD):1,5 мА (Тип.), когда все данные светодиодов установлены в '0' (выключенное состояние).

2.4 Временные параметры передачи данных

Встроенная микросхема использует определенный последовательный протокол связи. Общий период для одного бита (TH + TL) составляет 1,2 мкс ±300 нс.

• T0H (Время высокого уровня для кода 0):300 нс ±150 нс
• T0L (Время низкого уровня для кода 0):900 нс ±150 нс
• T1H (Время высокого уровня для кода 1):900 нс ±150 нс
• T1L (Время низкого уровня для кода 1):300 нс ±150 нс
• RES (Время сброса):>250 мкс. Низкий сигнал на DIN, длящийся дольше этого времени, сбрасывает микросхему.

3. Объяснение системы бининга

Продукт использует систему бининга на основе координат цветности CIE для обеспечения цветовой однородности. Бины определяются четырехугольниками на диаграмме цветности CIE 1931 (x, y). Предоставленная таблица содержит коды бинов (A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3) с координатами (x, y) их четырех угловых точек (Точка1 до Точка4). Допуск для каждой координаты CIE (x, y) внутри бина составляет +/- 0,01. Эта система позволяет разработчикам выбирать светодиоды из одного кода бина для достижения однородного цветового вида в массиве или дисплее.

4. Анализ характеристических кривых

4.1 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны

The spectral distribution graph shows the emission peaks for the three colors. The Red LED (using AlInGaP technology) has a dominant wavelength in the 615-630nm range. The Green and Blue LEDs (using InGaN technology) have peaks in the 520-535nm and 460-475nm ranges, respectively. The curves help understand the color purity and potential overlap between channels.

4.2 Кривая снижения прямого тока в зависимости от температуры окружающей среды

Этот график иллюстрирует максимально допустимый прямой ток для светодиода как функцию температуры окружающей среды. С увеличением температуры максимально допустимый ток линейно уменьшается для предотвращения перегрева и обеспечения надежности. Это критически важный график для проектирования теплового менеджмента.

4.3 Пространственное распределение (Сила света в зависимости от угла)

Полярная диаграмма изображает относительную силу света как функцию угла обзора. Симметричная, широкая диаграмма направленности с углом обзора 120 градусов подтверждает описание линзы "белый рассеиватель", обеспечивая широкое, равномерное освещение, подходящее для индикаторных применений и подсветки.

5. Механическая информация и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса и конфигурация выводов

Компонент является устройством поверхностного монтажа. В спецификации содержится подробный чертеж с размерами. Все размеры указаны в миллиметрах со стандартным допуском ±0,2 мм, если не указано иное. Конфигурация выводов следующая:

1. VDD:Вход постоянного напряжения питания (+4,2В до +5,5В).
2. DIN:Вход управляющего сигнала данных.
3. VSS: Ground.
4. DOUT:Выход управляющего сигнала данных (для каскадирования на DIN следующего светодиода).

5.2 Рекомендуемая разводка контактных площадок на печатной плате

Предоставлен рекомендуемый посадочный рисунок (отпечаток) для печатной платы, чтобы обеспечить правильную пайку и механическую стабильность во время сборки. Следование этой рекомендации крайне важно для достижения хорошей надежности паяных соединений.

6. Рекомендации по пайке и сборке

6.1 Профиль пайки оплавлением в ИК-печи

Предоставлен подробный график профиля пайки оплавлением, соответствующий J-STD-020B для бессвинцовых процессов. В нем указаны критические параметры: предварительный нагрев, выдержка, пиковая температура оплавления и скорости охлаждения. Соблюдение этого профиля крайне важно для избежания термического повреждения корпуса светодиода и внутренней микросхемы.

6.2 Очистка

Если необходима очистка после пайки, светодиод следует погружать только в этиловый или изопропиловый спирт при нормальной температуре менее чем на одну минуту. Использование неуказанных химических очистителей запрещено, так как они могут повредить материал корпуса.

7. Упаковка и информация для заказа

Устройство поставляется в формате ленты на катушке, совместимом с автоматическими монтажными машинами.

• Размеры ленты:Ширина ленты 12 мм.
• Размер катушки:Диаметр 7 дюймов (178 мм).
• Количество на катушке:4000 штук.
• Минимальное количество упаковки:500 штук для остаточных партий.
• Верхняя лента:Пустые ячейки для компонентов запечатаны верхней крышкой-лентой.
• Спецификация:Упаковка соответствует стандартам ANSI/EIA 481.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Индикаторы состояния и подсветка:Идеально подходят для многоцветных индикаторов состояния на потребительской электронике, сетевом оборудовании и промышленных панелях.
• Декоративное и архитектурное освещение:Подходят для цветных светодиодных лент, декоративной подсветки и акцентного освещения благодаря возможности полного цвета и функции каскадирования.
• Низкоразрешающие дисплеи:Могут использоваться для создания полноцветных модулей, светильников мягкого света и нестандартных внутренних видеоэкранов (например, медиафасады, арт-инсталляции).

8.2 Вопросы проектирования

• Источник питания:Обеспечьте стабильное, стабилизированное питание 5В в диапазоне 4,2В-5,5В. Учитывайте пусковой ток и развязывающие конденсаторы рядом с выводом VDD.
• Целостность сигнала данных:Соблюдайте точные временные требования (T0H, T1H и т.д.) для последовательного сигнала данных. Для длинных цепочек или зашумленных сред рассмотрите возможность буферизации сигнала или сдвига уровня.
• Тепловой менеджмент:Соблюдайте кривую снижения тока. Обеспечьте достаточную площадь меди на печатной плате для отвода тепла, особенно при работе всех трех каналов на высокой яркости в течение длительного времени.
• Защита от ЭСР:Реализуйте стандартные меры защиты от электростатического разряда на линиях данных и питания во время обработки и в конечном применении.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с традиционными дискретными RGB светодиодами, требующими внешних драйверов постоянного тока или резисторов, это интегрированное решение предлагает значительные преимущества:

• Упрощенное проектирование:Сокращает количество компонентов, занимаемую площадь на плате и сложность проектирования.
• Превосходная цветовая однородность:Встроенная микросхема обеспечивает точный, стабильный постоянный ток для каждого кристалла, что приводит к более стабильному цветовому выходу между устройствами и во времени по сравнению с конструкциями, ограниченными резисторами.
• Высокоточное диммирование:8-битное ШИМ (256 шагов) на каждый цвет позволяет плавно смешивать цвета и регулировать яркость, обеспечивая профессиональные световые эффекты.
• Возможность последовательного соединения:Однопроводной каскадный протокол упрощает разводку для больших массивов, требуя только одного вывода GPIO микроконтроллера для управления длинной цепочкой светодиодов.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Какова цель встроенной микросхемы?

О: Она обеспечивает внутреннее управление постоянным током и ШИМ-диммированием для каждого цветового канала, устраняя необходимость во внешних токоограничивающих компонентах и упрощая управление с микроконтроллера.

В: Сколько светодиодов я могу соединить в цепочку?

О: Теоретически, очень большое количество, так как каждый светодиод регенерирует сигнал данных. Практический предел определяется требуемой частотой обновления данных и кумулятивным падением напряжения на линии питания (VDD). Для длинных цепочек рекомендуется подача питания в нескольких точках.

В: Могу ли я управлять этим светодиодом с микроконтроллера на 3,3В?

О: Минимальный высокий уровень входного сигнала данных (VIH) составляет 2,7В. Логическая единица 3,3В (обычно 3,3В) соответствует этому требованию, поэтому, как правило, совместима. Убедитесь, что питание 5В для светодиода (VDD) отделено от питания 3,3В микроконтроллера.

В: Почему прямой ток фиксирован на 20мА?

О: Встроенная микросхема предварительно настроена на подачу постоянного тока 20мА (тип.) на каждый светодиодный кристалл. Это оптимизирует производительность и надежность. Яркость контролируется исключительно через скважность ШИМ, а не путем изменения амплитуды тока.

11. Пример практического использования

Сценарий: Проектирование компактного индикатора состояния с настраиваемым цветом для умного домашнего хаба.

Разработчик использует этот светодиод, потому что один компонент обеспечивает красный, зеленый и синий свет. Микроконтроллер отправляет простой последовательный поток данных для установки цвета (например, красный для отключения, голубой для подключения, фиолетовый для обновления). Драйвер постоянного тока гарантирует, что яркость остается стабильной независимо от незначительных колебаний питания. Широкий угол обзора делает индикатор видимым с различных углов. Корпус для поверхностного монтажа позволяет реализовать гладкий, плоский дизайн панели. Упаковка в ленте на катушке обеспечивает быструю, автоматизированную сборку при массовом производстве.

12. Введение в принцип работы

Устройство работает по простому принципу. Внешний микроконтроллер отправляет последовательный поток данных на вывод DIN. Этот поток содержит 24 бита данных (по 8 бит для уровней яркости красного, зеленого и синего). Встроенная микросхема внутри первого светодиода считывает эти первые 24 бита, фиксирует их, а затем сдвигает оставшийся поток данных через свой вывод DOUT на вывод DIN следующего светодиода в цепочке. Затем микросхема использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления источниками постоянного тока, подключенными к каждому светодиодному кристаллу. Ток 20мА очень быстро включается и выключается. Отношение времени включения ко времени выключения (скважность) в фиксированном периоде определяет воспринимаемую яркость каждого цвета, позволяя точно смешивать цвета.

13. Технологические тренды

Интеграция управляющей электроники непосредственно в корпуса светодиодов представляет собой четкую тенденцию в отрасли, движение в сторону "умных" или "интеллектуальных" светодиодов. Эта тенденция направлена на упрощение проектирования конечных продуктов, улучшение однородности характеристик и обеспечение более продвинутых функций, таких как индивидуальная адресация в плотных массивах. Будущие разработки могут включать более высокую разрядность для управления цветом (10-бит, 12-бит), интегрированные датчики (например, для обратной связи по температуре или освещенности) и более надежные или высокоскоростные протоколы связи. Основное внимание по-прежнему уделяется увеличению уровня интеграции, снижению системной стоимости и повышению надежности для применений в общем освещении, автомобильной промышленности и дисплеях высокого разрешения.