Hati ya Uchambuzi wa Kiufundi ya LED ya Infrared ya Nguvu ya Juu HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR - Kifurushi cha SMD - 850nm - 3.5V - 3W

1. Muhtasari wa Bidhaa

HIR-C19D-1N90/L649-P03/TR ni diode inayotoa mwanga wa infrared ya nguvu ya juu, iliyoundwa kwa matumizi magumu yanayohitaji mwangaza wa infrared wenye nguvu na ufanisi. Imewekwa ndani ya kifurushi kidogo cha kifaa cha kusakinishwa kwenye uso (SMD), na hivyo kufaa kwa michakato ya usanikishaji ya otomatiki. Kifaa kimeundwa kwa kutumia nyenzo ya silicone wazi kama maji yenye lenzi ya juu ya duara, ambayo husaidia kufikia pembe ya kuona maalum na muundo wa nguvu ya mnururisho.

Faida kuu ya LED hii iko katika mchanganyiko wa umbo dogo na ufanisi wa juu wa pato la mwanga. Imejengwa kwa kutumia nyenzo ya chip ya GaAlAs (Galliamu Alumini Arsenidi), ambayo imeboreshwa kwa utoaji katika wigo wa karibu wa infrared. Sifa muhimu ni mwafaka wake wa wigo na photodiodes za silicon na phototransistors, na kufanya kuwa chanzo bora cha mwanga kwa mifumo ya kugundua na ya kupiga picha inayotumia vigunduzi hivi vya kawaida vya msingi wa silicon. Hii inahakikisha usikivu wa juu na uwiano wa ishara-kwa-kelele katika matumizi lengwa.

Soko kuu lengwa na matumizi yanajumuisha mifumo ya usalama na ulinzi, hasa kamera zinazotumia CCD kwa ajili ya kuona usiku, na mifumo mbalimbali ya infrared kama vile sensor za ukaribu, otomatiki ya viwanda, na maono ya mashine. Uzingatiaji wake wa viwango vya mazingira kama vile RoHS, REACH, na mahitaji ya kutokuwa na halojeni, hufanya iweze kutumika katika bidhaa zenye mahitaji madhubuti ya udhibiti.

2. Uchambuzi wa kina wa Vigezo vya Kiufundi

2.1 Vipimo Vya Juu Kabisa

Kifaa kimepimwa kwa mkondo wa mbele unaoendelea (I_F) wa 1500 mA. Kwa uendeshaji wa mfululizo, kinaweza kushughulikia mkondo wa kilele wa mbele (I_FP) wa 5000 mA chini ya hali maalum (upana wa mfululizo ≤100μs, mzunguko wa wajibu ≤1%). Voltage ya juu kabisa ya nyuma (V_R) ni 5V, ambayo ni thamani ya kawaida kwa LEDs na inaonyesha kwamba kifaa hakipaswi kukabiliwa na upendeleo mkubwa wa nyuma. Safu ya joto ya uendeshaji na uhifadhi imebainishwa kutoka -40°C hadi +100°C, na joto la juu la kiungo (T_j) la 125°C. Kuzidi viwango hivi kunaweza kusababisha uharibifu wa kudumu.

Upinzani wa joto kutoka kiungo hadi fremu ya kuongoza (R_th(j-L)) ni 18 K/W. Kigezo hiki ni muhimu kwa usimamizi wa joto. Kinabainisha ni kiasi gani joto la kiungo linaongezeka kwa kila wati wa nguvu inayotumika. Kwa nguvu maalum ya matumizi (P_d) ya 3W kwa I_F=700mA, kupoza joto kwa ufanisi ni muhimu ili kudumisha joto la kiungo ndani ya mipaka salama, haswa kwenye mikondo ya juu ya kuendesha.

2.2 Sifa za Umeme na Mwanga

Vigezo vya msingi vya mwanga hupimwa kwa joto la kawaida la mazingira la 25°C. Urefu wa wimbi wa kilele (λ_p) ni 850 nm, ambayo iko katika eneo la karibu la infrared na haionekani kwa jicho la binadamu lakini hugundulika kwa urahisi na sensor za silicon. Upana wa wigo wa spectral (Δλ) kwa kawaida ni 25 nm, ikionyesha usafi wa spectral wa mwanga unaotolewa.

Utendaji wa mnururisho hubadilika kulingana na mkondo wa kuendesha:

• Kwa I_F=350 mA: Nguvu ya Jumla ya Mnururisho (P_o) ni 500 mW (kawaida), Nguvu ya Mnururisho (I_E) ni 200 mW/sr (kawaida).
• Kwa I_F=700 mA: P_oni 900 mW (kawaida), I_Eni 400 mW/sr (kawaida).
• Kwa I_F=1 A: P_oni 1300 mW (kawaida), I_Eni 560 mW/sr (kawaida).

Voltage ya mbele (V_F) huongezeka kwa kuongezeka kwa mkondo kutokana na upinzani wa asili wa diode:

• 3.0V (kawaida) kwa 350 mA.
• 3.3V (kawaida) kwa 700 mA.
• 3.5V (kawaida) kwa 1 A.
• 3.8V (kawaida) kwa 5 A (mfululizo).

Mkondo wa nyuma (I_R) ni kiwango cha juu cha 10 μA kwa V_R=5V. Pembe ya kuona (2θ_1/2), inayofafanuliwa kama pembe kamili kwa nusu ya nguvu, ni digrii 90, ikitoa muundo wa boriti pana unaofaa kwa mwangaza wa eneo.

3. Maelezo ya Mfumo wa Kugawa Daraja

Bidhaa hii hutumia mfumo wa kugawa daraja kwa Nguvu ya Jumla ya Mnururisho iliyopimwa kwa mkondo wa kuendesha wa 1000 mA (1A). Mfumo huu huwagawia LEDs kulingana na pato lao la mwanga ili kuhakikisha uthabiti katika utendaji wa matumizi. Msimbo wa daraja na safu zao za nguvu (pamoja na uvumilivu wa majaribio ya ±10%) ni:

• Daraja G:Kiwango cha chini 800 mW, Kiwango cha juu 1260 mW.
• Daraja H:Kiwango cha chini 1000 mW, Kiwango cha juu 1600 mW.
• Daraja I:Kiwango cha chini 1260 mW, Kiwango cha juu 2000 mW.

Hii inawaruhusu wabunifu kuchagua vipengele vinavyokidhi mahitaji maalum ya kiwango cha chini cha mwangaza kwa mfumo wao. Hati ya data haionyeshi daraja tofauti kwa urefu wa wimbi au voltage ya mbele kwa nambari hii maalum ya sehemu, ikionyesha udhibiti mkali wa vigezo hivi katika utengenezaji.

4. Uchambuzi wa Mviringo wa Utendaji

Hati ya data inarejelea mikondo kadhaa ya kawaida ya sifa ambayo ni muhimu kwa kuelewa tabia ya kifaa chini ya hali tofauti za uendeshaji.

Mkondo wa Mbele dhidi ya Voltage ya Mbele (Mchoro 1):Mkondo huu wa IV unaonyesha uhusiano wa kielelezo unaoonekana kwa diode. Ni muhimu kwa kubuni saketi ya kuendesha mkondo na kuhesabu matumizi ya nguvu (V_F* I_F). Mkondo huu utabadilika kwa joto.

Mkondo wa Mbele dhidi ya Nguvu ya Mnururisho / Nguvu ya Jumla (Mchoro 2 & Mchoro 3):Grafu hizi zinaonyesha pato la mwanga kama kazi ya mkondo wa kuendesha. Uhusiano kwa ujumla ni sawa kwenye mikondo ya chini lakini unaweza kuonyesha ishara za kupungua kwa ufanisi (ongezeko la chini ya sawa) kwenye mikondo ya juu sana kutokana na athari za joto na umeme. Hii husaidia katika kuchagua hatua bora ya uendeshaji kwa usawa wa pato na ufanisi/joto.

Nguvu ya Mnururisho ya Jamaa dhidi ya Uhamisho wa Pembe (Mchoro 4):Mchoro huu wa polar unafafanua muundo wa mnururisho wa anga. Pembe ya kuona ya digrii 90 imethibitishwa hapa. Umbo la mkondo (k.m., Lambertian, batwing) huathiri jinsi mwanga unavyosambazwa kwenye eneo lengwa.

Mkondo wa Mbele dhidi ya Joto la Mazingira (Mchoro 5):Mkondo huu wa kupunguza ni mojawapo ya muhimu zaidi kwa kuegemea. Unaonyesha mkondo wa juu unaoruhusiwa wa mbele ili kudumisha joto la kiungo chini ya 125°C kadiri joto la mazingira linavyoongezeka. Kwa joto la mazingira la 100°C, mkondo unaoendelea unaoruhusiwa umepunguzwa kwa kiasi kikubwa. Grafu hii lazima itumike kwa ubunifu wowote unaoendeshwa katika mazingira yasiyo ya 25°C.

5. Taarifa za Mitambo na Kifurushi

5.1 Vipimo vya Kifurushi

LED imewekwa ndani ya kifurushi cha kusakinishwa kwenye uso. Vipimo muhimu kutoka kwenye mchoro vinajumuisha ukubwa wa mwili, urefu wa lenzi, na umbali wa kuongoza. Uvumilivu kwa kawaida ni ±0.1mm isipokuwa imebainishwa vinginevyo. Kidokezo muhimu cha kushughulikia kinatahadharisha dhidi ya kutumia nguvu kwenye lenzi, kwani hii inaweza kuharibu muundo wa ndani na kusababisha kushindwa kwa kifaa. Kifaa kinapaswa kushughulikiwa kwa mwili wake au kuongoza wakati wa usanikishaji.

5.2 Usanidi wa Pad na Ubaguzi wa Mwelekeo wa Umeme

Kifaa kina pad tatu za umeme: Pad 1 ni Anodi (+), Pad 2 ni Kathodi (-), na Pad P ni Pad Maalum ya Joto. Pad ya joto ni muhimu kwa kuhamisha joto kutoka kiungo cha LED hadi bodi ya saketi iliyochapishwa (PCB). Kwa utendaji bora wa joto na umeme, mpangilio wa PCB lazima ujumuishe kumwagika kwa shaba yenye ukubwa unaofaa iliyounganishwa na pad hii, pamoja na via za joto kwa tabaka za ndani au za chini ikiwa ni lazima. Muunganisho sahihi wa ubaguzi wa mwelekeo wa umeme (Anodi kwa usambazaji chanya) ni lazima kwa uendeshaji.

6. Mwongozo wa Kuuza na Usanikishaji

6.1 Profaili ya Kuuza kwa Mbinu ya Reflow

Kifaa hiki kinafaa kwa michakato ya kawaida ya reflow ya SMT. Profaili ya reflow isiyo na risasi imetolewa:

• Kiwango cha Kupanda:2~3 °C/sec.
• Joto la Awali:150~200°C kwa sekunde 60~120.
• Joto la Kioevu (T_L):217°C.
• Muda Juu ya T_L:60~90 sekunde.
• Joto la Kilele (T_P):240 ±5°C.
• Muda kwenye Kilele (t_P):Kiwango cha juu sekunde 20.
• Kiwango cha Kushuka:3~5 °C/sec.

Inapendekezwa kuwa kuuza kwa mbinu ya reflow haifanyike zaidi ya mara mbili ili kupunguza mkazo wa joto kwenye kifurushi na viunganisho vya ndani. Mkazo kwenye LED wakati wa kupashwa joto unapaswa kuepukwa, na bodi ya saketi haipaswi kupindika baada ya kuuzwa ili kuzuia uharibifu wa mitambo kwenye viunganisho vya kuuza au LED yenyewe.

6.2 Masharti ya Uhifadhi

Kifaa kinasafirishwa kwenye ufungaji unaostahimili unyevu, ukiwemo mfuko wa alumini wa kuzuia unyevu na dawa ya kukausha. Ikiwa ufungaji umefunguliwa, vifaa hivyo vinaweza kunyonya unyevu kwa urahisi na vinapaswa kutumika ndani ya muda maalum au kupashwa joto kulingana na taratibu za kawaida za MSL (Kiwango cha Unyeti wa Unyevu) kabla ya reflow ili kuzuia uharibifu wa "popcorning" wakati wa kuuza. Kiwango maalum cha MSLA hakijabainishwa katika dondoo iliyotolewa.

7. Ufungaji na Taarifa za Kuagiza

Kifaa kinasambazwa kwenye mkanda wa kubeba na reel kwa usanikishaji wa otomatiki wa kuchukua-na-kuweka. Kila reel ina vipande 400. Vipimo vya mkanda wa kubeba vinatolewa ili kuhakikisha mwafaka na vifaa vya kulisha. Lebo ya ufungaji inajumuisha taarifa za kawaida kama vile Nambari ya Sehemu (P/N), Idadi (QTY), na nambari ya kundi (LOT No.) kwa ajili ya kufuatilia. Msimbo wa daraja kwa nguvu ya mnururisho (CAT) pia ungeonyeshwa hapa.

8. Vidokezo vya Matumizi na Mazingatio ya Ubunifu

8.1 Saketi za Kawaida za Matumizi

LED hii ya infrared inahitaji chanzo cha mkondo thabiti kwa uendeshaji thabiti, sio voltage thabiti. Resista ya mfululizo rahisi inaweza kutumika kwa matumizi ya mkondo wa chini, lakini kwa mikondo ya juu ambayo kifaa hiki kinaweza kushughulikia, IC maalum ya kiendeshi cha LED au kirekebishaji cha mkondo kinachotegemea transistor kunapendekezwa ili kuhakikisha pato la mwanga thabiti na kulinda LED kutokana na mipigo ya mkondo. Kiendeshi lazima kiweze kutoa hadi mkondo wa mbele unaohitajika na kushughulikia kushuka kwa voltage ya mbele.

8.2 Usimamizi wa Joto

Hii ndiyo kipengele muhimu zaidi cha kutumia LED hii ya nguvu ya juu. Hati ya data inapendekeza wazi kuongeza kifaa cha kupoza joto. Ubunifu wa PCB lazima ujumuishe pad kubwa ya joto iliyounganishwa na pad ya joto ya LED na eneo la shaba la kutosha. Matumizi ya via za joto kuhamisha joto kwa tabaka zingine za PCB au kifaa cha nje cha kupoza joto kunapendekezwa sana. Joto la juu la kiungo la 125°C halipaswi kuzidi; kwa hivyo, mahesabu au vipimo vya joto vinapaswa kufanywa kulingana na mkondo halisi wa uendeshaji, joto la mazingira, na sifa za joto za PCB.

8.3 Ubunifu wa Mwanga

Kwa matumizi kama vile mwangaza wa kamera, optiki za sekondari (lenzi au vikumbushio) zinaweza kutumika kusawazisha au kuunda boriti ya digrii 90 kuwa muundo uliolenga zaidi ili kuongeza umbali wa kutupa au ufanisi. Lenzi wazi kama maji inahakikisha unyonyaji mdogo wa mwanga wa infrared. Wabunifu wanapaswa kuzingatia nguvu ya mnururisho (mW/sr) badala ya nguvu ya jumla tu wakati wa kubuni kwa mwangaza kwa umbali.

9. Ulinganisho wa Kiufundi na Tofauti

Ikilinganishwa na LEDs za kawaida za infrared za 5mm au 3mm za kupenya kwenye tundu, kifaa hiki cha SMD kinatoa pato la nguvu ya mwanga kubwa zaidi (hadi 1300+ mW dhidi ya mamia ya mW) katika kifurushi kidogo zaidi na kinachoweza kutengenezwa. Upinzani wake wa joto wa 18 K/W ni wa chini kiasi kwa LED ya SMD, ikionyesha njia nzuri ya joto, lakini bado inahitaji usimamizi makini ikilinganishwa na LEDs zilizowekwa kwenye PCB za msingi wa chuma au zilizo na vifaa vya kupoza joto vilivyojumuishwa. Urefu wa wimbi wa 850nm ni kiwango cha kawaida, ukitoa usawa mzuri kati ya usikivu wa kigunduzi cha silicon na kuonekana kwa chini ikilinganishwa na LEDs za 940nm (ambazo hazionekani karibu lakini hutoa majibu ya chini ya sensor).

10. Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara (FAQ)

Q: Je, naweza kuendesha LED hii moja kwa moja kutoka kwa usambazaji wa 5V kwa kutumia resista?

A: Inawezekana, lakini inahitaji hesabu makini. Kwa 1A, V_Fni ~3.5V. Resista ya mfululizo itahitaji kushusha 1.5V kwa 1A, ikimaanisha R = 1.5Ω na itatumia 1.5W. Hii haina ufanisi na hutoa joto zaidi. Kirekebishaji maalum cha mkondo kinapendekezwa sana kwa mikondo juu ya 350mA.

Q: Kwa nini kifaa cha kupoza joto ni muhimu?

A: Kwa 700mA, matumizi ya nguvu ni takriban 3.3V * 0.7A = 2.31W. Kwa upinzani wa joto wa 18 K/W, kiungo kingeongezeka 2.31W * 18 K/W = ~41.6°C juu ya joto la kuongoza. Ikiwa PCB/kuongoza hakipozwi joto, kiungo kinaweza kuzidi 125°C kwa urahisi, na kusababisha uharibifu wa haraka au kushindwa.

Q: Kuna tofauti gani kati ya Nguvu ya Jumla ya Mnururisho (mW) na Nguvu ya Mnururisho (mW/sr)?

A: Nguvu ya Jumla ya Mnururisho ni nguvu kamili ya mwanga inayotolewa kwa pande zote. Nguvu ya Mnururisho ni nguvu inayotolewa kwa kila kitengo cha pembe thabiti katika mwelekeo maalum (kwa kawaida kwenye mhimili). Nguvu inafaa zaidi kwa matumizi yaliyoelekezwa, wakati nguvu ya jumla ni muhimu kwa ufanisi wa jumla wa mfumo.

Q: Je, LED hii ni salama kwa kukabiliwa na jicho?

A: LEDs za infrared, hasa zile za nguvu ya juu, zinaweza kuwa hatari kwa macho. Zinatoa mnururisho usioonekana ambao unaweza kusababisha uharibifu wa retina kabla ya kujibu kwa wimbi la kufumba macho. Daima fuata viwango vya usalama vya bidhaa za laser/infrared (kama IEC 62471) na utekeleze ulinzi unaofaa (vipenyo vya kusambaza, vyumba vya kufungia, mipaka ya nguvu) katika bidhaa ya mwisho.

11. Uchambuzi wa Kesi ya Ubunifu na Matumizi

Hali: Mwangaza wa Kuona Usiku kwa Kamera ya Usalama.

Mbunifu anabuni kamera ya IP ndogo yenye uwezo wa kuona usiku kwa kutumia sensor ya picha ya msingi wa silicon. Anachagua LED hii ya 850nm kwa pato lake la juu na mwafaka wa wigo. LEDs nne zimewekwa karibu na lenzi ya kamera. Kila moja huendeshwa kwa 700mA na IC ndogo ya kiendeshi cha LED ya kubadilisha ili kuhakikisha pato thabiti kadiri voltage ya betri inavyobadilika. PCB ni bodi ya tabaka 4 na ndege ya ardhini ya ndani iliyounganishwa kupitia via nyingi za joto kwenye pad kubwa ya shaba chini ya kila LED kwa ajili ya kusambaza joto. Filamu nyembamba ya kusambaza mwanga huwekwa juu ya LEDs ili kuchanganya mihimili na kupunguza maeneo ya joto katika picha. Ubunifu wa joto uthibitishwa na kamera ya joto, ikithibitisha joto la kifaa cha LED kubaki chini ya 85°C katika mazingira ya joto la 40°C, na kudumisha kiungo salama chini ya kikomo chake. Mfumo unaotokana hutoa video wazi, yenye mwangaza sawa wa kuona usiku hadi mita 30.

12. Utangulizi wa Kanuni za Kiufundi

LEDs za infrared hufanya kazi kwa kanuni ya msingi sawa na LEDs zinazoonekana: umeme-mwanga katika kiungo cha p-n cha semikondukta. Wakati voltage ya mbele inatumika, elektroni na mashimo huingizwa kwenye eneo lenye shughuli ambapo hujumuishwa tena, na kutolewa nishati kwa namna ya fotoni. Urefu wa wimbi (rangi) wa mwanga unaotolewa umedhamiriwa na nishati ya pengo la bendi ya nyenzo ya semikondukta. GaAlAs (Galliamu Alumini Arsenidi) ni semikondukta ya mchanganyiko ambayo pengo lake la bendi linaweza kubadilishwa kwa kubadilisha maudhui ya Alumini ili kutoa katika safu ya karibu ya infrared, hasa karibu na 850nm. Ufungaji wa silicone wazi kama maji una wazi kwa urefu huu wa wimbi na umeundwa kuwa lenzi ili kuunda boriti ya pato. Uwezo wa nguvu ya juu unafikiwa kwa kutumia die kubwa ya semikondukta na kifurushi cha ufanisi kilichoundwa kutoa joto.

13. Mienendo ya Teknolojia

Mwelekeo katika LEDs za infrared, hasa kwa ajili ya kugundua na kupiga picha, unaelekea kwenye ufanisi wa juu zaidi (nguvu zaidi ya mnururisho kwa kila wati ya umeme), ambayo hupunguza uzalishaji wa joto na matumizi ya nguvu. Hii inafikiwa kupitia maendeleo katika ubunifu wa tabaka ya epitaxial na mbinu za kutoa mwanga. Pia kuna harakati kuelekea ushirikiano mkali zaidi, kama vile LEDs zilizo na viendeshi vilivyojumuishwa au zilizochanganywa na vigunduzi vya mwanga katika kifurushi kimoja. Urefu wa wimbi kama 940nm unapata umaarufu kwa ajili ya mwangaza wa "siri" kwani hawaonekani kwa jicho la binadamu kama 850nm, ingawa zinahitaji sensor zenye usikivu wa juu zaidi. Zaidi ya hayo, jitihada za kufanya vifaa viwe vidogo zaidi zinaendelea, na kusukuma nguvu ya juu katika vifurushi vidogo zaidi vya SMD, ambayo kwa upande wake huongeza umuhimu wa suluhisho za hali ya juu za usimamizi wa joto kwenye PCB na kiwango cha mfumo.