Gömülü Sürücülü SMD RGB LED - LTSA-E27CQEGBW Veri Sayfası - İngilizce Teknik Belge

1. Ürüne Genel Bakış

LTSA-E27CQEGBW, otomatik montaj ve alan kısıtlı uygulamalar için tasarlanmış, yüksek performanslı, yüzeye montaj RGB LED modülüdür. Tek, kompakt bir paket içinde ayrı ayrı AlInGaP kırmızı, InGaN yeşil ve InGaN mavi LED çiplerini entegre eder. Bu ürünün temel farklılaştırıcı özelliği, PWM karartma kontrolü, sıcaklık kompanzasyonu ve seri veri iletişimi gibi gelişmiş özellikler sağlayan gömülü bir 8-16 bit, 3 kanallı sabit akım sürücü ve kontrol entegre devresini içermesidir. Bu entegrasyon, harici bileşen sayısını ve PCB kapladığı alanı azaltarak sistem tasarımını basitleştirir.

Modül, dağınık lensli bir pakette yer alır; bu, bireysel renk çiplerinden gelen ışığı harmanlayarak daha düzgün bir renk çıktısı ve daha geniş bir görüş açısı elde edilmesine yardımcı olur. 7 inç çapında makaralara monte edilmiş 8mm şerit üzerinde tedarik edilir ve bu da onu yüksek hızlı otomatik al-yerleştir montaj ekipmanlarıyla tam uyumlu hale getirir. Cihaz, RoHS uyumluluk standartlarını karşılamak üzere tasarlanmıştır ve gelişmiş güvenilirlik için JEDEC Seviye 2 ön koşullandırmasına tabi tutulmuştur.

1.1 Temel Özellikler ve Avantajlar

• Entegre Sürücü IC: Her renk kanalı için harici akım sınırlama dirençlerine ve sürücü devrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Gömülü IC, kanal başına 60mA'ya kadar hassas akım kontrolü sağlar.
• Gelişmiş Kontrol: Kanal başına 7-bit akım ayarı ve pürüzsüz, yüksek çözünürlüklü karartma ve renk karıştırma için 16-bit'e kadar PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu) desteği sunar.
• Sıcaklık Telafisi: LED jonksiyon sıcaklığını ölçen dahili bir tanılama işlevine sahiptir. Bu veri, kırmızı LED çipinin sürücü akımını otomatik olarak ayarlamak ve geniş bir çalışma sıcaklığı aralığında (-40°C ila +110°C) tutarlı ışık şiddeti ve renk noktasını korumak için dahili bir algoritma tarafından kullanılır.
• Sağlam İletişim: Özellikle kaskad yapılandırmalarda veya gürültülü ortamlarda güvenilir veri iletimi için CRC (Döngüsel Artıklık Denetimi) korumalı seri iletişim arayüzü (Clock Input/Output, Data Input/Output) kullanır.
• Sistem Koruması: Sıcak takma olayları veya iletişim hatalarından kaynaklanabilecek LED titremesini önlemek için bir watchdog zamanlayıcı işlevi içerir.
• Düşük Güç Modları: Pil tarafından çalıştırılan veya enerji verimli uygulamalar için kritik öneme sahip, düşük bekleme güç tüketimi için bir uyku modunu destekler.
• Otomotiv Sınıfı: Ayrık optoelektronik yarı iletkenler için AEC-Q102 kılavuzlarına referansla tasarlanmıştır ve korozyon dayanıklılığı (Sınıf 1B) için sınıflandırılmıştır; bu da onu belirli otomotiv aksesuar uygulamaları için uygun kılar.

1.2 Hedef Uygulamalar ve Pazarlar

Bu LED, güvenilir, kompakt ve akıllı çok renkli aydınlatma çözümleri gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Birincil hedef pazarları şunları içerir:

• Tüketici Elektroniği: Akıllı telefonlar, tabletler, dizüstü bilgisayarlar, oyun çevre birimleri ve ev aletleri gibi cihazlarda durum göstergeleri, arka aydınlatma ve dekoratif aydınlatma.
• Profesyonel ve Endüstriyel Ekipmanlar: Ağ sistemleri, kontrol panelleri ve test ekipmanlarında panel göstergeleri, makine durum ışıkları ve insan-makine arayüzü (HMI) geri bildirimi.
• Otomotiv İç Aydınlatması: Ortam aydınlatması, gösterge paneli arka aydınlatması ve aksesuar durum göstergeleri gibi kritik olmayan iç aydınlatma uygulamaları, sıcaklık stabilitesi ve sağlam iletişim özelliklerinden faydalanır.
• Tabela ve Ekran: Renk değiştirme özelliklerinin istendiği düşük çözünürlüklü iç mekan tabela uygulamaları, satış noktası ekranları ve dekoratif mimari aydınlatma.

2. Teknik Parametre Analizi

Aşağıdaki bölüm, veri sayfasında belirtilen temel elektriksel, optik ve termal parametrelerin detaylı ve objektif bir analizini sunmaktadır. Bu parametreleri anlamak, doğru devre tasarımı ve performans tahmini için çok önemlidir.

2.1 Absolute Maximum Ratings

Bu değerler, cihaza kalıcı hasar verebilecek stres sınırlarını tanımlar. Bu koşullar altında çalışma garanti edilmez.

• IC Besleme Gerilimi (VDD): Maksimum 5.5V. Bu voltajın aşılması dahili kontrol devresine zarar verebilir.
• LED Çıkış Akımı (Iout): Kanal başına maksimum 60mA. Bu, çıkış sürücüsünün kaldırabileceği mutlak tepe akımıdır; tipik çalışma akımları daha düşüktür.
• Kavşak Sıcaklığı (Tj): Maksimum 125°C. LED veya IC içindeki yarı iletken kavşağın sıcaklığı bu sınırı aşmamalıdır.
• Çalışma/Saklama Sıcaklığı: -40°C ila +110°C. Cihaz bu tam aralıkta saklanabilir ve çalıştırılabilir.
• Infrared Reflow Lehimleme: Kurşunsuz (Pb-free) lehim işlemleri için standart olan, maksimum 10 saniye boyunca 260°C tepe sıcaklığına dayanır.

2.2 Elektriksel ve Optik Özellikler

Bu parametreler tipik koşullar altında (Ta=25°C, VDD=5V, maksimum renk değerinde 8-bit PWM ayarı) ölçülmüştür ve beklenen performansı tanımlar.

• Besleme Gerilimi (VDD): Önerilen çalışma aralığı 3.3V ila 5.5V'dur ve tipik değer 5.0V'dur.
• İleri Yön Akımı (If): Her bir rengin maksimum parlaklıktaki tipik sürme akımları şunlardır: Kırmızı: 30mA, Yeşil: 46mA, Mavi: 20mA. Bu değerler dahili sürücü tarafından ayarlanır ve 7-bit akım kontrol yazmacı aracılığıyla ayarlanabilir.
• Işık Şiddeti (Iv): Her bir ana renk için maksimum akımda tipik eksenel ışık şiddeti şöyledir: Kırmızı: 950 mcd, Yeşil: 2170 mcd, Mavi: 380 mcd. Minimum ve maksimum değerler beklenen üretim yayılımını gösterir. Kalibre edilmiş beyaz noktasının (üç rengin birleşimi) tipik şiddeti 3500 mcd'dir.
• Baskın Dalga Boyu (λd): Her bir LED'in algılanan rengini tanımlar. Tipik değerler şunlardır: Kırmızı: 620 nm, Yeşil: 525 nm, Mavi: 465 nm.
• Kromatiklik Koordinatları (x, y): Kalibre edilmiş beyaz nokta için hedef koordinatlar x=0.3127, y=0.3290'dır; bu, genellikle ekran ve aydınlatma için referans olarak kullanılan standart D65 beyaz noktasına karşılık gelir.
• Görüş Açısı (2θ1/2): 120 derece. Bu, ışık şiddetinin eksenel değerinin yarısına düştüğü tam açıdır. Yayıcı lens, bu geniş görüş açısına katkıda bulunur.

2.3 Termal Özellikler

Termal yönetim, LED'in ömrü ve performans stabilitesi için kritik öneme sahiptir.

• Thermal Resistance, Junction-to-Solder Point (Rth JS): İki değer sağlanmıştır: Rth JSelec = 63 K/W ve Rth JSreal = 73 K/W. \"Elec\" değeri tipik olarak elektriksel bir ölçüm yönteminden türetilirken, \"real\" değeri daha muhafazakar veya pratik bir termal yol tahminini temsil edebilir. Bu değerler, ısının LED bağlantı noktasından PCB üzerindeki lehim noktalarına ne kadar etkili bir şekilde iletildiğini gösterir. Daha düşük bir değer daha iyidir. Örneğin, LED 0.2W güç harcıyorsa, bağlantı noktası sıcaklığındaki lehim noktası üzerindeki artış yaklaşık 0.2W * 73 K/W = 14.6°C olacaktır.

3. Gruplandırma ve Renk Tutarlılığı

Veri sayfası, 3 MacAdam elipsi (3-adım) toleransı ile D65 beyaz noktasına dayalı bir grup sıralama sistemine atıfta bulunur. Bu, aydınlatma endüstrisinde renk tutarlılığını tanımlamak için kullanılan standart bir yöntemdir.

• MacAdam Elipsleri: Bir kromatik diyagram üzerindeki bir MacAdam elipsi, standart görüntüleme koşullarında insan gözünün renk farkı algılamadığı bir bölgeyi temsil eder. "3-adımlı" bir elips, renk varyasyonunun en küçük algılanabilir farkın (1-adımlık elips) üç katı büyüklükte olduğu anlamına gelir.
• Çıkarım: Aynı üretim partisinden (veya belirtilen kasadan) gelen tüm LTSA-E27CQEGBW birimleri, renk koordinatları D65 noktası (x=0.3127, y=0.3290) etrafında 3 adımlık bir MacAdam elipsi içine düşen bir beyaz ışık üretecektir. Bu, bir dizi veya sistemdeki farklı LED'ler arasında iyi bir renk düzgünlüğü sağlar; bu da arka aydınlatma veya renk uyumsuzluğunun fark edilebileceği çoklu LED tabelalar gibi uygulamalar için hayati önem taşır.

4. Performans Eğrisi Analizi

Tipik performans eğrileri, cihazın değişen koşullar altında nasıl davrandığına dair içgörü sağlar.

4.1 Spektral Dağılım

Bağıl Yoğunluk - Dalga Boyu grafiği (Şekil 1), her bir renk çipinin (Kırmızı, Yeşil, Mavi) ışık çıkış spektrumunu göstermektedir. Temel gözlemler, modern LED yarı iletkenlerinin karakteristiği olan dar ve iyi tanımlanmış tepe noktalarını içerir. Kırmızı AlInGaP çipi tipik olarak yaklaşık 620nm, yeşil InGaN yaklaşık 525nm ve mavi InGaN ise yaklaşık 465nm civarında bir tepe noktası gösterir. Bu tepe noktalarının genişliği (Yarı Maksimum Tam Genişlik veya FWHM) renk saflığını etkiler.

3.2 Sıcaklık ve Performans

Max. Color Setpoint Vs Temperature eğrisi (Şekil 2), kararlı çalışma için ulaşılabilir maksimum PWM görev döngüsünün veya akım ayar noktasının ortam sıcaklığına bağlı olarak nasıl değişebileceğini muhtemelen göstermektedir. Bu grafik, tüm sıcaklık aralığında güvenilir şekilde çalışan sistemler tasarlamak, sürücü IC'nin termal kapanmaya girmesini veya çıkışı erken düşürmesini önlemek için gereklidir.

4.3 Uzaysal Işınım Deseni

Uzaysal Dağılım grafiği (Şekil 3), 120 derecelik görüş açısını görsel olarak temsil eder. Işık şiddetinin merkez eksenden (0 derece) açıya bağlı olarak nasıl dağıldığını gösterir. Difüz lens, merkezde şiddetin en yüksek olduğu ve kenarlara doğru düzgün bir şekilde azaldığı, düzgün eksen dışı görünürlük sağlayan bir Lambert veya yakın-Lambert deseni oluşturur.

5. Mekanik ve Paket Bilgisi

5.1 Paket Boyutları ve Toleranslar

Cihaz standart bir SMD ayak izine uygundur. Tüm kritik boyutlar milimetre cinsinden verilmiştir. Belirli bir özellik farklı bir tolerans belirtmediği sürece, paket boyutları için genel tolerans ±0.2 mm'dir. Tasarımcılar, doğru PCB pad deseni tasarımı ve çevre bileşenler için yeterli boşluk sağlamak amacıyla, hassas pad düzeni, bileşen yüksekliği ve lens boyutları için veri sayfasındaki detaylı mekanik çizime başvurmalıdır.

5.2 Bacak Yapılandırması ve İşlevi

8 pinli cihaz aşağıdaki pin düzenine ve işlevlere sahiptir:
1. LED VDD: LED anot ortak bağlantısı için güç kaynağı girişi. Pin 7 ile birlikte beslenmelidir.
2. CKO: Kaskat cihazlar için Saat Sinyali Çıkışı.
3. DAO: Kaskat bağlantı için Seri Veri Çıkışı.
4. VPP: Tek Kullanımlık Programlanabilir (OTP) bellek programlama için yüksek voltaj beslemesi (9-10V). Okuma/bekleme durumunda 5V'de tutulur.
5. CKI: Saat Sinyali Girişi.
6. DAI: Seri Veri Girişi.
7. VDD: Dahili IC için birincil besleme voltajı (3.3-5.5V).
8. GND: Toprak referansı.
Kritik Not: Doğru çalışma için hem LED VDD (pin 1) hem de VDD (pin 7) aynı anda güç verilmelidir.

6. Lehimleme ve Montaj Kılavuzu

6.1 Önerilen Yeniden Akış Profili

Veri sayfası, kurşunsuz (Pb-free) işlemler için önerilen bir kızılötesi yeniden akış lehimleme profilini sağlar. Tipik ana parametreler şunları içerir:
- Ön Isıtma: Akışı etkinleştirmek ve termal şoku en aza indirmek için kademeli bir rampa.
- Bekletme (Termal Stabilizasyon): PCB ve bileşenin eşit şekilde ısınmasını sağlamak için bir plato.
- Yeniden akış: Tepe sıcaklık bölgesi, veri sayfasında bileşen bacaklarında ölçülen maksimum 260°C'ye kadar 10 saniyeye kadar süre belirtilir. Bu, nem hassas cihazlar için standart bir JEDEC profilidir.
- Soğutma: Lehim bağlantılarının düzgün şekilde katılaşması için kontrollü bir soğuma süresi.
LED paketi, lens veya iç tel bağlantılarının aşırı ısı veya termal stres nedeniyle hasar görmesini önlemek için bu profilin takip edilmesi zorunludur.

6.2 Al-Yerleştir ve Taşıma

Cihaz, standart SMT montaj ekipmanlarıyla uyumlu, 7 inç makaralar üzerinde 8mm şerit üzerinde tedarik edilir. İnce profil (tipik 0.65mm) mekanik stresi önlemek için dikkatli taşıma gerektirir. Lensin veya gövdenin hasar görmesini önlemek için al-yerleştir işlemi sırasında uygun boyut ve basınçta vakum nozulları kullanılmalıdır. Bu işlem için önerilen araçlar, veri sayfası revizyon notlarında belirtilmiştir.

7. Fonksiyonel Açıklama ve Uygulama Devresi

7.1 Dahili Blok Şeması ve Prensibi

Modülün çekirdeği, üç kanallı bir sabit akım havuzu sürücüsüdür. Her kanal, LED çiplerinin ileri voltajındaki (Vf) değişimlerden bağımsız olarak, kendi ilgili LED'inden (Kırmızı, Yeşil, Mavi) geçen akımı programlanan değere göre bağımsız olarak düzenler. Bu, farklı birimler arasında ve zaman içinde tutarlı renk çıktısı sağlar. Her kanal için akım seviyesi, 7 bitlik bir kayıt defteri aracılığıyla ayarlanır (128 ayrı akım seviyesine izin verir). Karartma ve renk karıştırma, her kanal için yüksek çözünürlüklü 16 bitlik bir PWM denetleyici ile sağlanır ve son derece pürüzsüz geçişler için 65.000'den fazla parlaklık adımı sunar.

7.2 Tipik Uygulama Devresi

Temel bir uygulama devresi şunları gerektirir:
1. Hem VDD'ye (pin 7) hem de LED VDD'ye (pin 1) bağlı kararlı bir 3.3V ila 5.5V besleme kaynağı.
2. VDD pini (7) ile GND (pin 8) arasına, yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemek ve IC'nin kararlı çalışmasını sağlamak için mümkün olduğunca yakına yerleştirilmiş 0.1µF bir bypass kapasitörü.
3. Seri iletişim hatları (CKI ve DAI) için, PCB üzerinde küçük RC alçak geçiren filtre ağlarına (toprağa bağlı direnç ve kapasitör) yer ayrılması önerilir. Bu filtreler, elektriksel olarak gürültülü ortamlarda veya uzun iz uzunluklarında sinyal bütünlüğünü iyileştirmeye yardımcı olur. Kesin bileşen değerleri, belirli sistemin saat frekansı ve gürültü karakteristiklerine göre belirlenmelidir.
4. VPP pini (4) bir voltaj kaynağına bağlanmalıdır. Normal çalışma için (OTP okuma, bekleme) 5V'a bağlanabilir. OTP belleğini programlamak için (renk kalibrasyonu gibi varsayılan ayarları saklamak amacıyla), programlama sırasında bu pini 9.0V ile 10.0V arasında bir voltaja maruz bırakmak gerekir.

7.3 Veri İletişimi ve Zincirleme Bağlama

Cihaz, senkron bir seri protokol kullanır. Kontrol etmek için bir mikrodenetleyici 56-bit veri çerçeveleri göndermelidir. 3-bit Komut alanı ile seçilen iki ana çerçeve türü vardır:
- PWM Verisi (CMD=001): Bu 56-bit çerçeve, üç renk kanalının her biri için 16-bit PWM değerlerini (toplam 48 bit), artı komut ve CRC bitlerini içerir. Bu veri anlık parlaklığı kontrol eder.
- Birincil Kayıt Verisi (CMD=010): Bu çerçeve, cihazın yapılandırma kayıtlarını, genel akım sınırları, PWM yapılandırması gibi ayarları ve sıcaklık kompanzasyonu veya uyku modu gibi özellikleri etkinleştirmeyi programlar.
Birden fazla cihaz, ilk cihazın DAO ve CKO'sunu bir sonrakinin DAI ve CKI'sine bağlayarak zincirleme bağlanabilir. Tek bir veri akışı ilk cihaza gönderilir ve zincir boyunca ilerler. Zincirdeki tüm cihazlar, saat hattı (CKI) 150 mikrosaniyeden fazla yüksek tutulduğunda (kilitleme sinyali) yeni verilerini aynı anda kilitler.

8. Tasarım Hususları ve Uygulama Notları

8.1 Termal Yönetim

Entegre sürücüye rağmen, ısı dağılımı kritik önemini korumaktadır. Jonksiyondan lehim noktasına termal direnç (Rth JS) sağlanmıştır. Tasarımcılar, beklenen güç dağılımını hesaplamalı (P_diss = Vf_Kırmızı * I_Kırmızı + Vf_Yeşil * I_Yeşil + Vf_Mavi * I_Mavi + (VDD * I_IC)) ve jonksiyon sıcaklığını (Tj) maksimum 125°C'nin oldukça altında, uzun vadeli güvenilirlik için ideal olarak 85°C'nin altında tutmak için PCB'nin yeterli bir termal yol sağladığından emin olmalıdır (termal geçiş delikleri, bakır dolgular kullanarak). Yerleşik sıcaklık sensörü ve kırmızı LED için telafi, optik performansı korumaya yardımcı olur ancak iyi bir fiziksel termal tasarım ihtiyacını ortadan kaldırmaz.

8.2 Güç Kaynağı Sıralaması ve Decoupling

Hem VDD hem de LED VDD'nin birlikte beslenmesi gerekliliği kritiktir. Birinin diğerinden önce aktif edildiği bir güç açma sırası, dahili IC'yi veya LED'leri tanımsız bir duruma sokabilir ve potansiyel olarak latch-up'a veya hasara neden olabilir. VDD üzerindeki 0.1µF bypass kondansatörü isteğe bağlı değildir; hızlı PWM anahtarlama sırasında voltaj düşüşlerini önlemek ve IC'nin sıfırlanmasını veya düzensiz çalışmasına neden olabilecek durumları engellemek için gereklidir.

8.3 Zincirleme Bağlantı için Sinyal Bütünlüğü

Birçok cihazı seri bağlarken, saat ve veri hatları boyunca sinyal bozulması meydana gelebilir. Her cihazın CKI ve DAI girişlerinde önerilen RC filtreleri, yankılanma ve gürültüyü bastırmaya yardımcı olur. Çok uzun zincirler veya yüksek saat hızları için, zincirdeki son cihaza güvenilir iletişim sağlamak amacıyla uygun empedans uyumlama, daha kısa izler veya tampon yongalar gibi ek önlemler gerekli olabilir.

9. Karşılaştırma ve Farklılaştırma

Bir sürücü içermeyen standart bir RGB LED ile karşılaştırıldığında, LTSA-E27CQEGBW önemli avantajlar sunar:
- Basitleştirilmiş Tasarım: Her kanal için harici akım ayarlama direnci veya transistör sürücüsü gerekmez.
- Hassasiyet ve Tutarlılık: Sabit akım sürücüsü, her LED'de aynı akımı sağlayarak, birimler arasında küçük Vf değişikliklerinden bağımsız olarak daha tutarlı renk ve parlaklık elde edilmesini sağlar.
- Gelişmiş Özellikler: Entegre sıcaklık kompanzasyonu, yüksek çözünürlüklü PWM ve seri kontrol, genellikle yalnızca harici sürücü IC'lerinde bulunan, LED paketinin kendisinde olmayan özelliklerdir.
- Azaltılmış Bileşen Sayısı ve Kart Alanı: Sürücü işlevselliğini LED ayak izine entegre ederek değerli PCB alanından tasarruf sağlar.
Dezavantajı, kontrol yazılımında artan karmaşıklık (seri protokol yönetimi) ve temel bir LED'e kıyasla biraz daha yüksek bileşen maliyetidir.

10. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

Q1: Bu LED'i basit bir mikrodenetleyici GPIO pini ve bir direnç ile sürebilir miyim?
C: Hayır. LED anotları dahili olarak sürücü IC'nin akım havuzlarına bağlanmıştır. LED VDD pinine güç sağlamalı ve cihazı seri arayüzü (CKI, DAI) üzerinden kontrol etmelisiniz. Doğrudan GPIO'ya bağlantı çalışmaz ve cihaza zarar verebilir.

Q2: OTP belleğinin amacı nedir?
A: Tek Kullanımlık Programlanabilir bellek, varsayılan yapılandırma ayarlarını (başlangıç parlaklığı, renk kalibrasyon ofsetleri veya işlev etkinleştirmeleri gibi) LED modülünün içinde kalıcı olarak saklamanızı sağlar. Güç uygulandığında, entegre devre bu ayarları OTP'den okuyabilir ve kendini otomatik olarak yapılandırabilir, böylece ana mikrodenetleyicide gereken başlatma kodunu azaltır.

Q3: Toplam güç tüketimini nasıl hesaplarım?
A: Hem LED gücünü hem de entegre devre gücünü dikkate almanız gerekir. LED'ler için: P_led = (Avg_Current_Red * Vf_Red) + (Avg_Current_Green * Vf_Green) + (Avg_Current_Blue * Vf_Blue). Vf, IV eğrisinden veya çip teknolojisi için tipik değerlerden tahmin edilebilir (Kırmızı AlInGaP için ~2.0V, Yeşil/Mavi InGaN için ~3.2V). Entegre devre için: P_ic ≈ VDD * I_q (durgun akım, uygulama notlarından). Ortalama akımlar, PWM görev döngülerinize bağlıdır.

Q4: Bir soğutucu gerekiyor mu?
C: Oda sıcaklığındaki çoğu düşük-orta görev döngüsü uygulaması için, PCB lehim pedleri üzerinden olan ısıl yol yeterlidir. Ancak, her üç LED'i de sürekli tam parlaklıkta çalıştıran uygulamalarda veya yüksek ortam sıcaklıklarında, PCB'nin dikkatli bir ısıl tasarımı (ısıl geçiş delikleri, bakır alan) esastır. Ayrı bir metal soğutucu genellikle bu SMD paketine doğrudan eklenmez.