SMD RGB LED yenye IC Iliyojumuishwa - 5.0x5.0x1.6mm - Voltage 4.2-5.5V - Nguvu 99mW - Waraka wa Kiufundi wa Kiingereza

1. Product Overview

Hati hiki kinaelezea vipimo vya taa ya LED ya kifaa cha kusakinishwa kwenye uso (SMD) ambayo inachanganya vipande vya semiconductor nyekundu, kijani kibichi na bluu (RGB) pamoja na mzunguko uliojumuishwa wa kudhibiti (IC) wa biti 8 ndani ya kifurushi kimoja. Suluhisho hili lililojumuishwa limeundwa ili kurahisisha matumizi ya mkondo wa thabiti kwa wabunifu, na kuondoa hitaji la vipinga vya mkondo vya nje au nyaya tata za kudhibiti kwa kila njia ya rangi.

1.1 Faida Kuu na Uwekaji wa Bidhaa

Faida kuu ya sehemu hii ni kiwango chake cha juu cha ujumuishaji. Kwa kuchanganya mantiki ya udhibiti na vitoa mwanga vya RGB, huunda nukta kamili ya pikseli inayoweza kushughulikiwa. Muundo huu ni muhimu hasa kwa matumizi yanayohitaji taa nyingi za LED, kama vile mipako ya LED, maonyesho ya matriki, na taa za mapambo, kwani inapunguza kwa kiasi kikubwa idadi ya vipengele, nafasi ya bodi, na utata wa mfumo. Kifaa hiki kimefungwa katika kiwango kinachokubalika na EIA, na kukifanya kiwe sawa na michakato ya kuchukua-na-kuweka otomatiki na ya kuuza kwa kuyeyusha kwa mionzi ya infrared, ambayo ni muhimu kwa uzalishaji wa wingi.

1.2 Matumizi Lengwa na Masoko

LED hii imebuniwa kwa aina mbalimbali za vifaa vya elektroniki ambapo nafasi, ufanisi, na udhibiti wa rangi ni muhimu zaidi. Maeneo yake makuu ya matumizi ni pamoja na:

• Moduli za Rangi Kamili na Mwanga laini: Bora kwa kuunda athari zinazobadilisha rangi kwenye vipande vya taa, taa za ujenzi za kivutio, na mifumo ya taa ya hisia.
• Maonyesho ya Ndani na Alama: Inafaa kwa maonyesho ya video yasiyo ya kawaida, alama za habari, na paneli za mapambo ambapo udhibiti wa pikseli binafsi unahitajika.
• Vifaa vya Umeme vya Watumiaji: Inaweza kutumika kwa viashiria vya hali, taa ya nyuma ya paneli ya mbele, au taa ya urembo katika vifaa kama vile vifaa vya mtandao, vifaa vya nyumbani, na vifaa vya ziada vya kompyuta.
• Industrial & Office Equipment: Inatumika kwa kuashiria hali na mwanga wa kiolesura cha mtumiaji katika mazingira mbalimbali ya otomatiki ya viwanda na ofisi.

2. Technical Parameters: In-Depth Objective Analysis

Sehemu zifuatazo zinatoa muhtasari wa kina na wa kitu cha sifa muhimu za utendaji kazi wa kifaa kama ilivyofafanuliwa kwenye karatasi ya data.

2.1 Viwango Vya Juu Kabisa na Mipaka ya Uendeshaji

Vigezo hivi vinabainisha mipaka ya mkazo ambayo ikiwapitwa, kifaa kinaweza kuharibika kabisa. Hazikusudiwi kwa uendeshaji wa kawaida.

• Power Dissipation (P_D): 99 mW. Hii ndiyo nguvu ya juu kabisa ambayo kifurushi kinaweza kutoa kama joto. Kuzidi kikomo hiki kunaweza kusababisha joto kupita kiasi na kushindwa kufanya kazi.
• Supply Voltage Range (V_DD): +4.2V hadi +5.5V. IC iliyojumuishwa inahitaji usambazaji wa umeme uliosimamiwa ndani ya safu hii kwa uendeshaji unaotegemewa. Kutumia voltage nje ya safu hii kunaweza kuharibu mzunguko wa udhibiti.
• Jumla ya Mkondo wa Mbele (I_F): 18 mA. Hii ndiyo jumla ya juu zaidi ya mikondo inayopita kwenye chipsi za Nyekundu, Kijani, na Bluu kwa wakati mmoja.
• Safu za Joto: Kifaa hiki kimebuniwa kufanya kazi kutoka -40°C hadi +85°C na kinaweza kuhifadhiwa katika mazingira kutoka -40°C hadi +100°C.

2.2 Optical Characteristics

Imepimwa kwa joto la mazingira (T_a) ya 25°C na voltage ya usambazaji (V_DD) ya 5V na vituo vyote vya rangi vikiwekwa kwenye mwangaza wa juu kabisa (8'b11111111).

• Nguvu ya Mwangaza (I_V): Hii ni mwangaza unaoonwa wa mwanga unaotolewa. Thamani za kawaida ni: Nyekundu: 100-200 mcd, Kijani: 250-500 mcd, Bluu: 50-120 mcd. Chipu ya kijani kwa kawaida huonyesha nguvu ya mwangaza ya juu zaidi.
• Viewing Angle (2θ_1/2): 120 degrees. This wide viewing angle, characteristic of a diffused lens, means the LED emits light over a broad area, making it suitable for applications where visibility from multiple angles is important.
• Dominant Wavelength (λ_d): Kigezo hiki kinaelezea rangi inayoonekana ya mwanga. Masafa maalum yameainishwa kama: Nyekundu: 615-630 nm, Kijani: 520-535 nm, Bluu: 460-475 nm. Masafa haya huweka rangi ndani ya bendi za kawaida za wigo zinazoonekana za nyekundu, kijani, na bluu.

2.3 Sifa za Umeme

Imefafanuliwa kwa anuwai ya joto la mazingira ya -20°C hadi +70°C, V_DD kutoka 4.2V hadi 5.5V, na V_SS at 0V.

• IC Output Current (I_F): 5 mA (typical). This is the constant current supplied by the embedded driver IC to each individual Red, Green, and Blue LED chip. This constant current design ensures stable color output and protects the LEDs from current spikes.
• Viwango vya Mantiki ya Ingizo: Kwa pini ya ingizo la data (DIN), mantiki ya juu (V_IH) inatambuliwa kwa 2.7V kiwango cha chini hadi V_DD. Mantiki ya chini (V_IL) inatambuliwa kwa upeo wa 1.0V. Hii inalingana na mantiki ya microcontroller ya 3.3V na 5V.
• IC Quiescent Current (I_DD): 0.8 mA (kwa kawaida) wakati data zote za LED zimewekwa kuwa '0' (zimezimwa). Hii ni nguvu inayotumiwa na IC iliyojumuishwa yenyewe wakati LED hazijawaka.

3. Data Transmission Protocol and Control

Kifaa kina mfumo wa mawasiliano wa waya-moja unaoweza kuunganishwa mfululizo, kuruhusu vitengo vingi kuunganishwa kwenye mnyororo mmoja na kudhibitiwa kutoka kwa pini moja ya microcontroller.

3.1 Misingi ya Itifaki

Data husafirishwa kama mlolongo wa mipigo ya juu na ya chini kwenye pini ya DIN. Kila biti ('0' au '1') imesimbwa kwa muundo maalum wa muda ndani ya kipindi cha kawaida cha 1.2 µs (±300ns).

• '0' Bit: High time (T_0H) = 300 ns ±150ns, ikifuatwa na muda wa Chini (T_0L) = 900 ns ±150ns.
• '1' Bit: High time (T_1H) = 900 ns ±150ns, ikifuatiwa na muda wa Chini (T_1L) = 300 ns ±150ns.

The timing tolerance allows for some variation in microcontroller clock speeds but requires precise software or hardware timing for reliable communication.

3.2 Data Frame Structure

Kila LED inahitaji biti 24 za data kuweka rangi yake. Data hutumwa kwa mpangilio: Kijani (biti 8), Nyekundu (biti 8), Bluu (biti 8). Kila thamani ya biti 8 inadhibiti mwangaza wa kituo cha rangi husika kwa hatua 256 (0-255). Hii inaruhusu uundaji wa mchanganyiko wa rangi 16,777,216 (256^3) unaowezekana.

3.3 Cascading and Reset

Data sent into the DIN pin of the first LED is shifted through its internal register and then output on its DOUT pin after 24 bits. This DOUT can be connected to the DIN of the next LED in the chain, allowing an unlimited number of LEDs to be controlled serially. A low signal on the DIN pin lasting longer than 250 µs (RESET time) causes all LEDs in the chain to latch the data currently in their registers and display it, then prepare to receive new data starting with the first LED in the chain.

4. Color Binning System

The datasheet provides a CIE 1931 chromaticity diagram-based binning table to categorize the color output of the white diffused LED. The bin codes (A, B, C, D) define quadrilaterals on the (x, y) color coordinate plane, each with a tolerance of ±0.01. This system allows manufacturers and designers to select LEDs with consistent color characteristics for applications where color uniformity across multiple units is critical, such as in large displays or lighting panels.

5. Performance Curve Analysis

The datasheet includes graphical representations of key performance relationships.

5.1 Relative Intensity vs. Wavelength (Spectral Distribution)

This curve shows the emission spectrum of each color chip (Red, Green, Blue). It typically displays distinct peaks corresponding to the dominant wavelengths. The width of these peaks indicates the spectral purity; narrower peaks suggest more saturated colors. The overlap between color spectra, particularly in the green-yellow region, will influence the quality and range of mixed colors (e.g., creating a pure yellow from red and green).

5.2 Forward Current vs. Ambient Temperature Derating Curve

Grafu hii ni muhimu kwa usimamizi wa joto. Inaonyesha upeo wa sasa wa mbele unaoruhusiwa kwa kila chipi ya LED kama utendakazi wa halijoto ya mazingira. Kadiri halijoto inavyoongezeka, upeo wa sasa salama hupungua. Kwa mfano, kwenye 25°C, upeo wa sasa unaweza kuwa karibu na kiwango cha 18mA, lakini kwenye 85°C, upeo wa sasa unaoruhusiwa ni chini sana. Wabunifu lazima wahakikishe kuwa sasa unaotumika, hasa wakati rangi zote tatu ziko kwenye mwangaza kamili, hauzidi kikomo kilichopunguzwa kwenye halijoto ya juu zaidi inayotarajiwa ya mazingira ili kuhakikisha uimara wa muda mrefu.

5.3 Spatial Distribution (Radiation Pattern)

Mchoro huu wa polar unaonyesha jinsi ukubwa wa mwanga unavyobadilika kulingana na pembe ya kutazama ikilinganishwa na mhimili wa kati wa LED. Pembe ya kutazama iliyotolewa ya digrii 120 (2θ_1/2) ndio mahali ambapo ukubwa hupungua hadi asilimia 50 ya thamani ya mhimili. Lenzi iliyotawanywa huunda muundo unaofanana na Lambertian, ikitoa mwanga sawa katika eneo pana badala ya boriti iliyolengwa.

6. Taarifa ya Mitambo na Ufungaji

6.1 Vipimo na Usanidi wa Kifurushi

Kifaa kina ukubwa wa msingi wa 5.0 mm x 5.0 mm na urefu wa 1.6 mm. Tolerances zote za vipimo ni ±0.2 mm isipokuwa ikitajwa vinginevyo. Mchoro wa mtazamo wa juu unatambua pini nne: 1 (VDD - Nguvu), 2 (DIN - Ingizo la Data), 3 (VSS - Ardhi), na 4 (DOUT - Pato la Data).

6.2 Mapendekezo ya Muundo wa Pad ya Kiambatisho cha PCB

Mchoro wa muundo wa ardhi unatolewa ili kuongoza muundo wa PCB. Kuzingatia vipimo na nafasi hizi zilizopendekezwa za pad ni muhimu kwa kufikia viunganisho vya solder vyenye kuaminika wakati wa mchakato wa reflow na kuhakikisha utulivu unaofaa wa mitambo.

7. Mwongozo wa Usanikishaji na Ushughulikiaji

7.1 Mchakato wa Kuuza

Kifaa hiki kinaendana na michakato ya kuuza kwa kutumia mionzi ya infrared (IR) inayofaa kwa kuuza isiyo na risasi (Pb-free). Karatasi ya data inarejelea wasifu kulingana na kiwango cha J-STD-020B. Vigezo muhimu katika wasifu kama huo ni pamoja na joto la awali, kuchovya, joto la kilele cha kuyeyusha (ambalo halipaswi kuzidi kiwango cha juu cha joto cha kifaa), na kiwango cha kupoa. Kufuata wasifu ulipendekezwa ni muhimu ili kuzuia mshtuko wa joto, kasoro za kiungo cha kuuza, au uharibifu wa kifurushi cha LED na IC ya ndani.

7.2 Usafishaji

Iwapo usafishaji baada ya kukusanywa ni muhimu, njia inayopendekezwa ni kuzamisha bodi iliyokusanywa katika ethyl alcohol au isopropyl alcohol kwenye halijoto ya kawaida kwa chini ya dakika moja. Matumizi ya vinasafi vya kemikali visivyobainishwa au vyenye nguvu vikatazwi kwani vinaweza kuharibu lenzi ya plastiki au nyenzo za kifurushi.

8. Ufungaaji na Kuagiza

LED zinasambazwa kwenye mkanda wa kubeba wenye upana wa mm 8 ulioviringishwa kwenye reeli zenye kipenyo cha inchi 7 (178mm). Kiasi cha kawaida cha ufungaji ni vipande 4000 kwa kila reeli. Vipimo vya mkanda na reeli vinakubaliana na viwango vya ANSI/EIA 481, na kuhakikisha utangamano na vifaa vya usanikishaji otomatiki. Michoro ya kina ya vipimo vya mifuko ya mkanda na reeli hutolewa kwa madhumuni ya usafirishaji na usanidi wa mashine.

9. Mambo ya Kuzingatia katika Ubunifu wa Matumizi

9.1 Power Supply Design

A stable, low-noise power supply within the 4.2V to 5.5V range is essential. The total current demand for a string of LEDs must be calculated: I_total = (Idadi ya LED) * (I_{DD_quiescent}) + (Idadi ya Pikseli Zilizowashwa) * (I_{F_R} + I_{F_G} + I_{F_B}). Kwa ufungaji mkubwa, fikiria upungufu wa voltage kwenye nyaya za umeme, ambayo inaweza kuhitaji kuingizwa kwa umeme katika sehemu nyingi.

9.2 Uadilifu wa Ishara ya Data

Kwa mnyororo mrefu wa daisy au katika mazingira yenye kelele ya umeme, uadilifu wa ishara kwenye mstari wa data (DIN/DOUT) unaweza kudhoofika. Mikakati ya kupunguza hii ni pamoja na kutumia kiwango cha chini cha data (ikiwa muda unaruhusu), kuongeza kipingamizi kidogo cha mfululizo (k.m., 100-470 Ω) kwenye pato la microcontroller ili kupunguza milio, na kuhakikisha muunganisho thabiti wa ardhi wenye upinzani mdogo katika mfumo mzima.

9.3 Usimamizi wa Joto

Ingawa kiendesha cha mkondo thabiti hutoa ulinzi wa asili, nguvu inayotolewa kama joto (P = V_f * I_f Kwa kila chip, pamoja na upotezaji wa IC) lazima udhibitiwe. Hakikisha uingizaji hewa wa kutosha au upoaji joto ikiwa LED zinaendeshwa kwa viwango vya mwangaza wa juu au katika halijoto ya juu ya mazingira, haswa katika safu zilizojazwa kwa msongamano. Rejea mkunjo wa kupunguza nguvu katika sehemu ya 5.2.

10. Ulinganishi wa Kiufundi na Tofautisho

Tofautisho kuu la sehemu hii ni embedded constant current driver IC. Compared to a standard RGB LED which requires three external current-limiting resistors and an external multiplexing or PWM driver circuit, this integrated solution offers significant advantages:

• Simplified Design: Reduces Bill of Materials (BOM) and PCB layout complexity.
• Uboreshaji wa Uthabiti: Chanzo cha umeme cha mara kwa mara kilichoko kwenye chipi hutoa hali sawa za kuendesha kwa kila rangi katika kila kitengo, na kusababisha usawa bora wa rangi katika mchakato mzima wa uzalishaji.
• Uwezo wa Kuunganishwa Mfululizo: Itifaki ya waya moja inaruhusu udhibiti wa mamia ya LED kutoka kwa pini moja ya microcontroller, ikirahisisha sana wiring na programu ya udhibiti kwa ufungaji mkubwa.
• Kina Kikubwa cha Rangi: Udhibiti wa 8-bit (hatua 256) kwa kila kituo cha rangi huwezesha mipito laini na paleti kubwa ya rangi, ambayo ni bora kuliko suluhisho rahisi zaidi za multiplexed au zinazodhibitiwa kwa analog.

11. Maswali Yanayoulizwa Mara Kwa Mara (Kulingana na Vigezo vya Kiufundi)

Q: Je, naweza kuwasha LED hii moja kwa moja kutoka kwa usambazaji wa microcontroller wa 3.3V?
A: Hapana. Kima cha chini kabisa cha voltage ya usambazaji (V_DD) ni 4.2V. Usambazaji wa 3.3V uko chini ya anuwai ya uendeshaji na hautawasha IC iliyojumuishwa ipasavyo. Unahitaji reli tofauti ya umeme ya 5V (au 4.2-5.5V) kwa LED.

Q: Je, ninawezaje kuhesabu umeme unaohitajika kwa mradi wangu wenye taa za LED 100 kama hizi?
A: Lazima uzizingatie vipengele viwili: 1) Umeme wa kawaida wa ICs: Taa za LED 100 * 0.8 mA = 80 mA. 2) Umeme wa LED: Hii inategemea rangi zinazoonyeshwa. Katika hali mbaya zaidi (taa zote za LED zinaonyesha nyeupe kamili), kila LED inatumia ~15 mA (rangi 3 * 5 mA). Kwa hivyo, taa za LED 100 * 15 mA = 1500 mA. Jumla ya umeme katika hali mbaya zaidi ≈ 1580 mA au 1.58A kwenye 5V. Chanzo chako cha umeme lazima kiwe na uwezo wa kuhimili hii.

Q: Nini hufanyika ikiwa muda wa ishara ya data uko kidogo nje ya uvumilivu uliobainishwa?
A: Kifaa kinaweza kukisitiri data vibaya, kusababisha rangi zisizo sahihi kuonyeshwa au kushindwa kabisa kwa mawasiliano mfululizo. Ni muhimu sana kuzalisha ishara ya data kwa wakati ukaribu iwezekanavyo na thamani za kawaida, ukikaa ndani ya ruhusa za ±150ns.

Q: Je, heatsink inahitajika?
A: Inategemea hali ya uendeshaji. Katika joto la kawaida na mwangaza wa wastani, kiwango cha utupaji wa nguvu cha 99mW kinaweza kutosha. Hata hivyo, ikiwa kifaa kinaendeshwa ndani ya enzi yenye joto la mazingira la juu au kwa mwangaza wa juu zaidi kuendelea, uchambuzi wa joto unapaswa kufanywa. Mkunjo wa kupunguza nguvu katika sehemu ya 5.2 unaonyesha kuwa mkondo wa juu zaidi lazima upunguzwe kadiri joto linapoinuka, ambayo ni njia isiyo ya moja kwa moja ya usimamizi wa joto.

12. Mfano wa Utumizi wa Vitendo

Hali: Kubuni Paneli ya Matrix ya LED ya RGB ya 10x10 kwa Ufungaji wa Sanaa.

Hatua za Ubunifu:
1. Mpangilio: Panga LED 100 kwenye gridi. Unganisha pini zote za VDD kwenye ndege ya umeme ya kawaida ya 5V na pini zote za VSS kwenye ndege ya kawaida ya ardhi.
2. Nguvu: Kokotoa nguvu ya kilele: LED 100 * (0.015A * 5V) = 7.5W. Chagua chanzo cha umeme cha 5V, 8A (40W) chenye ukingo wa ~20%. Panga kuingiza nguvu kutoka pande nyingi za paneli ili kupunguza kupoteza voltage.
3. Data Chain: Unganisha DOUT ya kila LED kwenye safu moja kwenye DIN ya LED inayofuata kwenye safu ile ile. Mwishoni mwa kila safu, DOUT inaweza kuunganishwa kwenye DIN ya LED ya kwanza kwenye safu inayofuata, na hivyo kutengeneza mnyororo mmoja mrefu wa LED 100.
4. Control: A microcontroller (e.g., ESP32, Arduino) generates the data stream. The software must send 2400 bits (100 LEDs * 24 bits) of color data, followed by a reset pulse >250 µs to make the LEDs update. Libraries exist to simplify this protocol.
5. Joto: Weka LEDs kwenye PCB ya alumini au hakikisha paneli ina uingizaji hewa, kwani joto la 7.5W kwenye nafasi iliyofungwa litaongeza halijoto ya mazingira, na kusababisha hitaji la kupunguza mkondo wa sasa.

13. Kanuni ya Uendeshaji

Kifaa hiki kinafanya kazi kwa kanuni rahisi lakini yenye ufanisi. IC iliyojumuishwa ina rejista ya kuhama na vinu vya mkondo wa mara kwa mara. Data ya mfululizo inayobadilishwa kwenye pini ya DIN inabadilishwa kupitia rejista ya ndani ya 24-bit. Mara tu ishara ya kuanzisha upya ipokewe, IC hifunga data hii. Kila sehemu ya 8-bit ya data iliyofungwa inadhibiti jenereta ya Upana wa Pigo la Modulasyon (PWM) kwa njia moja ya rangi (Nyekundu, Kijani, Bluu). Ishara ya PWM kisha inaendesha kinu cha mkondo wa mara kwa mara kilichounganishwa na chipi inayolingana ya LED. Thamani ya 255 (8'b11111111) husababisha mzunguko wa wajibu wa 100% (imewashwa kabisa), wakati thamani ya 127 husababisha mzunguko wa wajibu wa ~50%, na hivyo kudhibiti mwangaza. Kinu cha mkondo wa mara kwa mara kinahakikisha LED inapokea mkondo thabiti bila kujali tofauti ndogo za voltage ya mbele (V_f) kati ya chipi au na joto.

14. Technology Trends and Context

This component represents a clear trend in LED technology: increased integration and intelligence at the package level. Kuhamisha utendaji wa kiendesha kwenye kiolezo sawa na kitoa mwanga (dhana inayoitwa mara nyingi "LED zilizo na saketi za umeme" au "LED zenye akili") inashughulikia changamoto kadhaa za tasnia. Inapunguza gharama na utata wa mfumo kwa watumiaji wa mwisho, inaboresha uthabiti wa utendaji, na inawezesha matumizi mapya kama vile skrini zinazoweza kusanikishwa kwa urahisi, zenye mwonekano wa juu. Mwelekeo huu unakua kuelekea LED zenye saketi za umeme za hali ya juu zinazoweza kiwango cha juu cha data (mfano, kwa video), kumbukumbu ya ndani kwa muundo, na hata vipima vya mwanga wa mazingira au maoni ya joto, na hivyo kuweka msingi wa mifumo ya taa inayojitegemea na inayojikokotoa.