Спецификация драйвера RGB-светодиода с верхним излучением 61-236-IC - корпус P-LCC-6 - питание 5V - угол обзора 120° - техническая документация на упрощенном китайском

1. Обзор продукта

61-236-IC — это высокоинтегрированный поверхностно-монтируемый драйвер светодиодов, разработанный специально для полноцветных RGB-приложений. Он объединяет три независимых светодиодных кристалла (красный, зеленый, синий) со специализированной управляющей микросхемой в едином корпусе P-LCC-6. Такая интеграция упрощает проектирование печатной платы, устраняя необходимость во внешних драйверных компонентах для каждого цветового канала. Устройство предназначено для применений, требующих яркого смешения цветов, динамических световых эффектов и надежной работы в условиях ограниченного пространства.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основное преимущество 61-236-IC заключается в его системной простоте. Он использует однопроводной протокол передачи данных, что значительно сокращает количество управляющих линий, необходимых от микроконтроллера или главного контроллера, по сравнению с традиционным параллельным интерфейсом RGB-светодиодов. Это делает его экономически эффективным решением для масштабируемых конструкций. Широкий угол обзора в 120 градусов, достигаемый за счет внутреннего отражателя и прозрачной смолы, обеспечивает равномерное распределение света, что делает его идеальным выбором для применений в световодах, а также в декоративном освещении, где критически важна видимость с разных углов.

Целевые рынки включают полноцветные LED-дисплеи для помещений и улицы, декоративные и архитектурные светодиодные ленты, игровые периферийные устройства, а также любые приложения, требующие адресуемых многоцветных светодиодных точек. Устройство соответствует стандартам RoHS, REACH и является бесгалогенным, что гарантирует его соответствие строгим международным экологическим и нормам безопасности.

2. Углубленный анализ технических параметров

В данном разделе подробно разбираются предельные условия работы и эксплуатационные характеристики устройства в заданных условиях.

2.1 Абсолютные максимальные номинальные значения

Эти номинальные значения определяют предельные уровни воздействия, которые могут привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за их пределами не гарантируется.

• Напряжение питания (Vdd):4.2В до 5.5В. Это определяет диапазон рабочего напряжения для внутренних управляющих цепей. Обычно используется стабильный источник питания 5В.
• Выходное напряжение (Vout):17V. Это максимальное напряжение, которое может выдержать выходной каскад драйвера, и оно связано с прямым напряжением светодиода.
• Входное напряжение (Vin):-0.5V до Vdd+0.5V. Это определяет безопасный диапазон напряжений для входа данных (Din) и выводов установки для предотвращения защелкивания или повреждения.
• Выходной ток светодиода (Iout):5 мА. Это максимальный постоянный ток для каждого цветового канала (красный, зеленый, синий). Превышение этого тока может привести к деградации характеристик или выходу из строя светодиода.
• Рабочая температура (Topr):-25°C до +85°C. Диапазон температур окружающей среды для надежной работы устройства.
• Температура хранения (Tstg):-40°C до +90°C. Безопасный диапазон температур для устройства при отключенном питании.
• ESD (электростатический разряд):2000V (модель человеческого тела). Указывает на уровень защиты от статического электричества, рекомендуется осторожное обращение в процессе сборки.
• Температура пайки (Tsol):Пайка оплавлением: максимум 260°C в течение 10 секунд; ручная пайка: максимум 350°C в течение 3 секунд. Это ключевой параметр сборки PCB для предотвращения термического повреждения корпуса или кристалла.

2.2 Оптоэлектронные характеристики

Измерено при Ta=25°C, IF=5mA на канал. Эти параметры определяют характеристики светового выхода и цвета.

• Сила света (Iv):
  • Красный (RQH): от 90 мкд (мин.) до 280 мкд (макс.).
  • Зеленый (GR): от 280 мкд (мин.) до 900 мкд (макс.).
  • Синий (BY): от 71 мкд (мин.) до 224 мкд (макс.).
  Применяется допуск ±11%. Больший диапазон указывает на использование системы сортировки, при которой приборы классифицируются по интенсивности выходного сигнала.
• Угол обзора (2θ1/2):120 градусов (типичное значение). Определяется как полный угол, при котором сила света падает до половины своего пикового значения. Широкий угол обзора является ключевой характеристикой.
• Доминирующая длина волны (λd):
  • Красный (RQH): от 617.5 нм до 629.5 нм.
  • Зеленый (GR): от 525 нм до 540 нм.
  • Синий (BY): от 462 нм до 474 нм.
  Применяется допуск ±1 нм. Эти диапазоны определяют основные цветовые точки и также подвержены влиянию бининга.

2.3 Электрические характеристики

Определено при Ta=-20~+70°C, Vdd=4.5~5.5V, Vss=0V.

• Выходной ток (IOL):5 мА (тип.). Регулируемый ток, подаваемый на каждый светодиод.
• Входной ток (II):±1 мкА (макс.). Чрезвычайно низкий ток утечки на выводе ввода данных.
• Уровни логических напряжений на входе:
  • VIH (логическая единица): мин. 3.3В.
  • VIL (логический ноль): макс. 0.3*Vdd (например, 1.65В при Vdd=5.5В).
  Это уровни, совместимые с TTL, подходят для интерфейса с большинством 5-вольтовых микроконтроллеров.
• Напряжение гистерезиса (VH):0.35 В (тип.). Обеспечивает помехоустойчивость для входов данных за счет создания разрыва напряжения между порогами переключения высокого и низкого уровней.
• Динамический ток потребления (IDDdyn):2.5 мА (тип.). Ток, потребляемый внутренней логикой управления во время передачи данных и работы ШИМ.

3. Описание системы градации

Техническая спецификация подразумевает систему многопараметрической сортировки для обеспечения согласованности цвета и яркости в производственных приложениях. Хотя это не подробно описано в единой таблице, следующую градацию можно вывести из диапазонов параметров:

• Сила света (CAT):Устройства классифицируются по измеренной световой отдаче (мкд) для каждого цвета (красный, зеленый, синий). Это имеет решающее значение для достижения равномерной яркости между несколькими элементами в дисплее или световой ленте.
• Доминирующая длина волны (HUE):Светодиоды сортируются по их пиковой длине волны (нм). Это обеспечивает согласованность цветовых точек (например, одинаковый оттенок красного или синего) между всеми приборами в сборке, что критически важно для точного смешения цветов и качества отображения.
• Прямое напряжение (REF):Хотя не указано в основной таблице, в разделе упаковочных материалов упоминается "класс прямого напряжения", что указывает на возможную классификацию чипов по характеристикам прямого напряжения (Vf) для обеспечения равномерного распределения мощности в последовательных/параллельных цепях.

При заказе обычно можно запросить конкретный код сортировки (CAT, HUE, REF) в соответствии с требованиями применения.

4. Анализ кривых производительности

Техническое описание содержит типичные кривые производительности, предоставляя понимание поведения, выходящее за рамки точечных характеристик.

4.1 Спектральное распределение

Представленные графики показывают относительную световую интенсивность красных (RQH), зелёных (GR) и синих (BY) чипов во всём диапазоне видимого спектра. Ключевые наблюдения:

• Каждая кривая демонстрирует отчетливый узкий пик, соответствующий её доминирующей длине волны, что подтверждает хорошую насыщенность цвета.
• Красное излучение сосредоточено в области более длинных волн (~620-630 нм), зеленое — в средней области (~525-540 нм), а синее — в области более коротких волн (~462-474 нм).
• Перекрытие между цветовыми спектрами минимально, что способствует созданию широкого цветового охвата при смешивании цветов.

4.2 Диаграмма направленности излучения

"Радиационная диаграмма" иллюстрирует пространственное распределение света. Кривая для такого светодиода с широким углом обзора обычно широкая и близка к ламбертовской (косинусное распределение), что подтверждает заявленные 120 градусов. Наибольшая интенсивность наблюдается при прямом взгляде вдоль оси (0 градусов) и плавно снижается к краям (±60 градусов).

5. Механическая конструкция и информация о корпусе

5.1 Габаритные размеры корпуса и конфигурация выводов

Устройство выпускается в корпусе P-LCC-6 (пластиковый корпус для чипа с выводами, 6 выводов). Детальный чертеж размеров определяет длину, ширину, высоту, шаг выводов и размеры контактных площадок, общий допуск составляет ±0.1 мм. Эта информация имеет решающее значение для проектирования контактных площадок печатной платы.

Назначение выводов:

1. Vss:Заземление внутренней цепи.
2. NA:Не подключено / Нет внутреннего соединения.
3. Di:Управляющий вход данных. Принимает последовательный поток данных.
4. Do:Управляющий выход данных. Передает поток данных следующему устройству в гирляндной цепи.
5. NA:Не подключено / Нет внутреннего соединения.
6. Vdd:Положительный вход питания (от 4.2В до 5.5В).

Конфигурация выводов симметрична, что способствует компоновке печатной платы. Вывод 1 обычно маркируется точкой или скосом на корпусе.

6. Руководство по пайке и сборке

6.1 Температурный профиль оплавления

В спецификации приведен конкретный температурный профиль для бессвинцовой пайки оплавлением:

• Предварительный нагрев:150–200°C, в течение 60–120 секунд. Максимальная скорость нагрева: 3°C/сек.
• Рефлоу (выше ликвидуса):Температура должна превышать 217°C в течение 60–150 секунд. Пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 260°C не должно превышать 10 секунд.
• Охлаждение:Максимальная скорость охлаждения: 6°C/сек. Время выше 255°C не должно превышать 30 секунд.

Ключевые моменты для внимания:Пайку оплавлением не следует проводить более двух раз во избежание чрезмерного термического напряжения на корпус и проволочные соединения.

6.2 Хранение и чувствительность к влажности

Данное устройство упаковано в барьерный влагозащитный пакет с осушителем.

• Перед вскрытием:Хранить при температуре ≤30°C и относительной влажности (RH) ≤90%.
• Время жизнеспособности:После вскрытия герметичного пакета пайка должна быть завершена в течение 24 часов в условиях цеха (обычно около 30°C/60% RH).
• Выпечка:Если пакет был открыт более 24 часов или индикатор осушителя показывает насыщение, необходимо выполнить выпечку при 60°C ±5°C в течение 24 часов для удаления поглощенной влаги и предотвращения явления "попкорна" (растрескивания корпуса) в процессе пайки оплавлением.

6.3 Важные замечания

• Ограничение тока:Внутренний драйвер обеспечивает постоянный ток. Однако абсолютный максимальный рейтинг Iout составляет 5 мА. Прикладная схема должна гарантировать, что рабочие условия не превышают этот предел. При нормальной работе от 5 В сам драйвер не требует внешнего последовательного резистора для ограничения тока, но необходимо уделить внимание проектированию источника питания.
• Механические напряжения:Избегайте механических нагрузок на корпус при пайке или обработке. После сборки не изгибайте печатную плату вблизи компонента.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификации катушки и несущей ленты

Компоненты поставляются в виде тисненой несущей ленты, намотанной на катушку, для автоматического монтажа на поверхность.

• Количество в упаковке:800 штук на катушке.
• Предоставлены подробные чертежи размеров катушки, размеров карманов несущей ленты (ширина, шаг, глубина) и спецификации покровной ленты для обеспечения совместимости с оборудованием для поверхностного монтажа.

7.2 Информация на этикетке

Этикетка на катушке содержит ключевую информацию для прослеживаемости и правильной сборки:

• Customer Part Number (CPN)
• Номер детали производителя (P/N): например, 61-236-ICRQHGRBYC-A 05-ET-CS
• Количество (QTY)
• Код сортировки: CAT (интенсивность), HUE (длина волны), REF (напряжение)
• Номер партии (LOT No.) для прослеживаемости

8. Рекомендации по проектированию приложений

8.1 Типовая схема применения

В спецификации представлена стандартная схема применения на 5 В. Микроконтроллер (MCU) или специализированный контроллер отправляет последовательные данные на вход Din первого драйвера светодиодов. Выход Dout каждого драйвера подключен к входу Din следующего, образуя гирляндную цепь (daisy chain). Единый источник питания (5 В) подает напряжение на все выводы Vdd, а все выводы Vss подключены к земле. Рекомендуется использовать небольшой RC-фильтр (например, резистор 100 Ом и конденсатор 100 нФ) на линии данных вблизи MCU для подавления высокочастотных помех и улучшения целостности сигнала, особенно в длинных цепях или в условиях повышенного шума.

8.2 Протокол данных и временные диаграммы

Устройство использует проприетарный однопроводной протокол с возвратом к нулю.

• Кадр данных:Каждый элемент имеет 24-битную структуру, организованную как 8 бит зеленого, 8 бит красного и 8 бит синего (G7-G0, R7-R0, B7-B0). Это позволяет иметь 256 уровней интенсивности (0-255) для каждого цветового канала.
• Временная диаграмма бита:
  • Логический '0': время высокого уровня (T0H) = 0.30 мкс ±80нс, время низкого уровня (T0L) = 0.90 мкс ±80нс.
  • Логическая '1': время высокого уровня (T1H) = 0.90 µs ±80ns, время низкого уровня (T1L) = 0.30 µs ±80ns.
  • Общий битовый период для логического '0' и '1' составляет 1.2 µs, скорость передачи данных составляет приблизительно 833 kHz.
• Сигнал сброса/фиксации:Низкий уровень на линии Din длительностью более 50 мкс (RES) указывает на конец кадра данных. После приема этого сигнала сброса все устройства в цепочке одновременно фиксируют только что принятые 24-битные данные в своих выходных регистрах и обновляют выходы ШИМ. Это обеспечивает синхронное обновление всех светодиодов на дисплее, предотвращая эффекты "призраков" или "радуги" во время обновления данных.

Контроллер должен генерировать точные временные интервалы, обычно с использованием аппаратных таймеров или специализированных периферийных устройств (например, SPI в определенном режиме или тщательно спроектированных программных задержек для побитовых операций).

8.3 Соображения по проектированию длинной цепочки

Для многих применений с последовательным включением устройств (например, длинные светодиодные ленты):

• Ввод питания:Необходимо подавать питание 5V в нескольких точках вдоль цепи, чтобы предотвратить падение напряжения, которое может привести к затемнению или сдвигу цвета светодиодов, удалённых от источника питания. Используйте широкие дорожки питания или отдельные силовые провода.
• Целостность данных:Длинные линии передачи данных могут подвергаться ухудшению сигнала (увеличение времени нарастания/спада, звон). Использование буферных ИС или резисторов с малым номиналом (например, 33-100 Ом) на входе драйвера помогает согласовать импеданс и уменьшить отражения.
• Частота обновления:Общее время обновления = (количество светодиодов * 24 бита * 1.2 мкс) + время сброса. Для цепочки из 100 светодиодов это примерно ~2.88 мс + ~0.05 мс = ~2.93 мс, что позволяет достичь частоты обновления свыше 300 Гц, что достаточно для большинства визуальных приложений.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с дискретными решениями (отдельный RGB-светодиод + внешний драйвер постоянного тока или резистор + логика мультиплексирования) микросхема 61-236-IC предлагает значительные преимущества:

• Сокращение количества компонентов:Интеграция трех светодиодов и их драйверов в один корпус позволяет экономить место на печатной плате и снизить затраты на сборку.
• Упрощение управления:Протокол однопроводной гирляндной цепи значительно сокращает потребность в GPIO микроконтроллера — для управления сотнями светодиодов достаточно одного вывода, в то время как базовое ШИМ-управление требует трех выводов на каждый RGB-светодиод.
• Интегрированный контроль тока:Обеспечивает стабильный, регулируемый ток для каждого светодиодного чипа, гарантируя равномерную яркость и цвет, независимо от незначительных изменений прямого напряжения (Vf) между отдельными светодиодами. Это устраняет необходимость в токоограничивающих резисторах и связанные с ними потери мощности.
• Синхронное обновление:Глобальная функция защелки/сброса позволяет идеально синхронизировать изменение цвета всего дисплея, что трудно реализовать при мультиплексировании дискретных светодиодов.

Компромисс заключается в несколько более высокой удельной стоимости каждого пикселя и зависимости от конкретного протокола связи.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

10.1 Какое максимальное количество этих светодиодов можно соединить последовательно?

В спецификации не указаны жесткие электрические ограничения. Фактические ограничения определяются следующими факторами:Временные диаграммы данных:通过多个器件的累积传播延迟。对于非常长的链 (>500-1000)，数据信号可能会劣化，需要信号调理或分段。 2.Распределение питания:Для обеспечения достаточного напряжения (5 В) на каждом устройстве в цепочке требуется тщательное проектирование шины питания и установка нескольких точек впрыска.Требования к частоте обновления:Большее количество светодиодов означает большее время обновления кадра; если частота обновления динамического контента упадет ниже 60–100 Гц, это может стать заметным.

10.2 Могу ли я управлять этими светодиодами с помощью микроконтроллера на 3.3 В?

В спецификации указано минимальное высокое входное напряжение (VIH) 3.3 В. Логическая единица 3.3 В от микроконтроллера как раз соответствует этой минимальной спецификации. Однако работа на границе спецификации не оставляет запаса по помехоустойчивости. В среде с короткими соединениями и контролируемыми условиями это, возможно, будет работать. Для надежной работы, особенно в длинных цепочках или в зашумленной среде, настоятельно рекомендуется использовать 5-вольтовый микроконтроллер или преобразователь уровней (например, простой MOSFET или специализированную микросхему) для преобразования сигнала 3.3 В в стабильный 5-вольтовый сигнал.

10.3 Почему существует ограничение тока в 5 мА? Могу ли я увеличить яркость?

Ограничение в 5 мА обусловлено конструкцией внутреннего драйвера постоянного тока, а также тепловыми/электрическими характеристиками интегрированного LED-чипа. Превышение этого абсолютного максимального номинального значения сопряжено с риском перегрева драйвера IC или LED-чипа, что приводит к ускоренной деградации светового потока (постепенное потускнение) или катастрофическому отказу. Яркость следует регулировать с помощью 8-битного коэффициента заполнения ШИМ (0-255), а не путем увеличения тока. Для достижения более высокой яркости следует выбрать другой LED-продукт с более высоким номинальным током.

11. Примеры практического применения

Сценарий: Разработка короткой адресуемой светодиодной вывески.Дизайнер создает небольшую вывеску с 50 независимо управляемыми RGB-пикселями для отображения анимации и текста.

1. Выбор компонентов:Выбор 61-236-IC обусловлен его интегрированным драйвером, широким углом обзора, обеспечивающим хорошую видимость, и простым управлением по цепочке (daisy chain).
2. Проектирование печатной платы:Разводка печатной платы содержит 50 контактных площадок в корпусе P-LCC-6. Линии данных (Din/Do) проложены от разъема MCU последовательно к каждому пикселю. Используются толстые слои питания 5V и земли. Вблизи точки входа питания размещен буферный конденсатор 100 мкФ и несколько развязывающих конденсаторов 0.1 мкФ.
3. Прошивка:对MCU（例如ARM Cortex-M或ESP32）进行编程，以生成精确的1.2 µs位时序。一个缓冲区数组保存所有50个像素的24位颜色值。固件顺序传输1200位 (50 * 24)，然后发送一个>50µs的低电平脉冲来锁存数据。
4. Сборка:Установка компонентов с помощью SMT-оборудования в соответствии с заданным профилем оплавления. После сборки протестируйте вывеску, отправляя различные цветовые паттерны, чтобы убедиться в правильной и синхронной реакции всех пикселей.

Этот пример демонстрирует эффективность использования интегральных драйверных ИС в конструкциях с несколькими пикселями.

12. Принцип работы

61-236-IC работает по простому и прямому принципу. Внутри он содержит сдвиговый регистр и защелку для каждого цветового канала. Последовательный поток данных, принимаемый на выводе Din, загружается в 24-битный сдвиговый регистр в соответствии с синхронизацией по фронтам сигнала. Как только обнаруживается импульс сброса, содержимое сдвигового регистра параллельно передается в три 8-битных регистра хранения (по одному для красного, зеленого и синего). Эти значения напрямую управляют скважностью трех независимых генераторов ШИМ. Каждый генератор ШИМ управляет источником постоянного тока, подключенным к соответствующему светодиодному кристаллу (красному, зеленому или синему). Источник постоянного тока гарантирует, что при высоком уровне ШИМ-сигнала светодиод получает стабильный ток 5 мА, независимо от незначительных колебаний прямого напряжения светодиода. Комбинация трех ШИМ-модулированных основных цветов в каждой точке создает требуемый смешанный цвет. Данные одновременно сдвигаются и выводятся на вывод Dout, что позволяет одному и тому же потоку данных с минимальной задержкой передаваться следующему устройству в цепочке.

13. Технологические тренды

Устройства, такие как 61-236-IC, представляют собой зрелый и широко распространенный подход в области адресуемых RGB-светодиодов. Тренд в этой области движется в сторону большей интеграции и более интеллектуальных функций:

• Более высокая разрядность:Развитие от 8 бит (256 уровней) на канал к 10-, 12- и даже 16-битному ШИМ для более плавных цветовых градиентов и профессиональной точности цветопередачи, особенно в дисплеях высокого класса и архитектурном освещении.
• Интегрированная память и шаблоны:Некоторые новые драйверы содержат встроенную память для хранения запрограммированных световых шаблонов или анимаций, разгружая основной контроллер и обеспечивая автономную работу.
• Более высокая скорость передачи данных и протоколы:Использование более быстрых и надежных протоколов последовательной связи (например, SDI с дифференциальными сигналами) для поддержки большей длины кабеля, большего количества пикселей и частоты обновления, подходящей для высокоскоростного видео.
• Повышение эффективности и управление тепловым режимом:Разработка более эффективных драйверов для снижения мощности, теряемой в виде тепла, что позволяет использовать более яркие светодиоды или более плотную компоновку. Это включает в себя продвинутый тепловой дизайн внутри корпуса.
• Расширенная цветовая гамма:Интеграция дополнительных цветов светодиодов, выходящих за пределы RGB, таких как белый (W), янтарный (A) или лаймовый (L), для создания модулей RGBW или RGBAW, способных воспроизводить более широкий спектр цветов, включая более естественный белый и пастельные оттенки.

Основополагающие принципы интегрированного управления и последовательной связи остаются неизменными, однако методы их реализации постоянно развиваются для достижения более высокой производительности и реализации новых приложений.