Dahili IC'li SMD RGB LED - 5.0x5.0x1.6mm - Voltaj 4.2-5.5V - Güç Tüketimi 99mW - Türkçe Teknik Veri Sayfası

1. Ürün Genel Bakışı

Bu belge, bir yüzey montaj cihazı (SMD) LED'in özelliklerini ayrıntılı olarak açıklamaktadır. Bu cihaz, kırmızı, yeşil, mavi (RGB) yarı iletken çiplerini ve dahili bir 8-bit sürücü entegre devresini (IC) tek bir paket içinde entegre eder. Bu entegre çözüm, tasarımcılar için sabit akım uygulamalarını basitleştirmeyi amaçlar; her renk kanalı için harici akım sınırlama direnci veya karmaşık sürücü devreleri gerekmez.

1.1 Temel Avantajlar ve Ürün Konumlandırması

Bu bileşenin temel avantajı, yüksek derecede entegre olmasıdır. Kontrol mantığını RGB ışık yayıcı ile birleştirerek, eksiksiz ve adreslenebilir bir piksel noktası oluşturur. Bu mimari, özellikle birden fazla LED gerektiren uygulamalar (LED şeritler, matris ekranlar ve dekoratif aydınlatma gibi) için çok faydalıdır, çünkü bileşen sayısını, devre kartı alanını ve sistem karmaşıklığını önemli ölçüde azaltır. Cihaz, EIA standartlarına uygun paket boyutları kullanır ve otomatik yüzey montajı ile kızılötesi reflow lehimleme işlemleriyle uyumludur; bu da seri üretim için çok önemlidir.

1.2 Hedef Uygulamalar ve Pazar

Bu LED, alan, verimlilik ve renk kontrolünün kritik önem taşıdığı çeşitli elektronik cihazlar için tasarlanmıştır. Başlıca uygulama alanları şunlardır:

• Tam Renk Modülü ve Ortam Aydınlatması:LED şeritlerde, bina kontur aydınlatmasında ve atmosfer aydınlatma sistemlerinde dinamik renk değişim efektleri oluşturmak için son derece uygundur.
• Kapalı Alan Ekranları ve Tabelalar:Bağımsız piksel kontrolü gerektiren düzensiz video ekranları, bilgi tabelaları ve dekoratif panolar için uygundur.
• Tüketici Elektroniği:Ağ ekipmanları, ev aletleri, bilgisayar çevre birimleri gibi cihazlarda durum göstergesi, ön panel arka aydınlatması veya dekoratif aydınlatma olarak kullanılabilir.
• Endüstriyel ve Ofis Ekipmanları:Çeşitli endüstriyel ve ofis otomasyon senaryolarında durum sinyali göstergesi ve operatör arayüzü aydınlatması için uygundur.

2. Teknik Parametreler: Derinlemesine ve Nesnel Analiz

Aşağıdaki bölümler, spesifikasyonlara dayanarak cihazın kritik performans özelliklerini detaylı ve nesnel bir şekilde analiz etmektedir.

2.1 Mutlak Maksimum Değerler ve Çalışma Sınırları

Bu parametreler, cihazda kalıcı hasara yol açabilecek stres sınırlarını tanımlar ve normal çalışma koşulları için geçerli değildir.

• Güç Tüketimi (P_D):99 mW. Bu, paketin ısı şeklinde dağıtabileceği maksimum toplam güçtür. Bu sınırın aşılması aşırı ısınma ve arıza riski taşır.
• Besleme gerilimi aralığı (V_DD):+4.2V ila +5.5V. Dahili IC'nin güvenilir çalışması için bu aralıkta kararlı bir güç kaynağı gereklidir. Bu aralığın dışında bir gerilim uygulanması kontrol devresine zarar verebilir.
• Toplam İleri Akım (I_F):18 mA. Bu, kırmızı, yeşil ve mavi çiplerden aynı anda geçen maksimum akımların toplamıdır.
• Sıcaklık Aralığı:Cihazın çalışma sıcaklığı derecelendirmesi -40°C ila +85°C, depolama ortam sıcaklığı ise -40°C ila +100°C'dir.

2.2 Optik Özellikler

Ölçüm koşulları: Ortam sıcaklığı (T_a) 25°C, besleme gerilimi (V_DD) 5V'dir, tüm renk kanalları maksimum parlaklığa (8'b11111111) ayarlanmıştır.

• Işık Şiddeti (I_V):Bu, ışık çıkışının algılanan parlaklığıdır. Tipik değerler: kırmızı: 100-200 mcd, yeşil: 250-500 mcd, mavi: 50-120 mcd. Yeşil çip genellikle en yüksek ışık şiddetini sergiler.
• Görüş Açısı (2θ_1/2):120 derece. Bu difüzör lensin karakteristik geniş görüş açısı, LED'in geniş bir alanda ışık yaydığı anlamına gelir ve birden fazla açıdan görüntülemenin önemli olduğu uygulamalar için uygundur.
• Ana dalga boyu (λ_d):Bu parametre, ışığın algılanan rengini tanımlar. Belirtilen aralıklar: Kırmızı: 615-630 nm, Yeşil: 520-535 nm, Mavi: 460-475 nm. Bu aralıklar, rengi standart kırmızı, yeşil, mavi görünür spektrum bantları içine yerleştirir.

2.3 Elektriksel Özellikler

Tanım Koşulları: Ortam sıcaklığı -20°C ile +70°C aralığında, V_DD4.2V ile 5.5V arasında, V_SS0V'dir.

• IC çıkış akımı (I_F):5 mA (tipik). Bu, entegre sürücü IC'sinin her bir bağımsız kırmızı, yeşil ve mavi LED çipine sağladığı sabit akımdır. Bu sabit akım tasarımı, kararlı renk çıktısı sağlar ve LED'leri akım dalgalanmalarından korur.
• Giriş mantık seviyesi:Veri giriş (DIN) pimi için, mantık yüksek seviyesi (V_IH) minimum 2.7V ile V_DDArasında tanınır. Mantık düşük seviyesi (V_IL) maksimum 1.0V'de tanınır. Bu, 3.3V ve 5V mikrodenetleyici mantığı ile uyumludur.
• IC statik akımı (I_DD):Tüm LED verileri '0' (kapalı) olarak ayarlandığında, tipik değer olarak 0.8 mA'dir. Bu, LED'ler yanmadığında dahili IC'nin kendi tükettiği güçtür.

3. Veri İletim Protokolü ve Kontrol

Bu cihaz, tek hatlı, zincirleme bağlanabilir bir iletişim protokolü kullanır ve bu, birden fazla birimin tek bir mikrodenetleyici pini tarafından kontrol edilerek zambak zinciri şeklinde bağlanmasına olanak tanır.

3.1 Protokol Temelleri

Veriler, DIN pimindeki yüksek ve düşük darbe dizileri şeklinde iletilir. Her bit ('0' veya '1'), nominal 1.2 µs (±300ns) periyodu içinde belirli bir zamanlama deseni ile kodlanır.

• '0' biti:Yüksek seviye süresi (T_0H) = 300 ns ±150ns, ardından düşük seviye süresi (T_0L) = 900 ns ±150ns.
• '1' biti:Yüksek seviye süresi (T_1H)= 900 ns ±150ns, ardından düşük seviye süresi (T_1L) = 300 ns ±150ns.

Zamanlama toleransı, mikrodenetleyici saat hızında belirli bir değişikliğe izin verir, ancak güvenilir iletişim için kesin yazılım veya donanım zamanlaması gerektirir.

3.2 Veri Çerçevesi Yapısı

Her bir LED'in rengini ayarlamak için 24 bit veri gereklidir. Veri gönderme sırası: yeşil (8 bit), kırmızı (8 bit), mavi (8 bit) şeklindedir. Her 8 bit değer, belirli bir renk kanalının parlaklığını 256 seviyede (0-255) kontrol eder, böylece 16,777,216 (256^3) olası renk kombinasyonu oluşturulabilir.

3.3 Kaskad ve Reset

İlk LED'in DIN pinine gönderilen veri, dahili kaydıracında kaydırılır ve 24 bit sonra DOUT pininden çıkar. Bu DOUT, zincirdeki bir sonraki LED'in DIN'ine bağlanarak sınırsız sayıda LED'in seri olarak kontrol edilmesine izin verir. DIN pininde 250 µs'den (sıfırlama süresi) uzun süren düşük seviyeli bir sinyal, zincirdeki tüm LED'lerin kaydıraçlarındaki mevcut verileri kilitleyip görüntülemesine ve ardından zincirdeki ilk LED'den başlayarak yeni veri almaya hazır olmasına neden olur.

4. Renk Sınıflandırma Sistemi

Veri sayfası, beyaz dağınık LED'lerin renk çıktısını sınıflandırmak için CIE 1931 renk uzayı tabanlı bir sınıflandırma tablosu sağlar. Sınıflandırma kodları (A, B, C, D), (x, y) renk koordinat düzleminde, her bir bölgenin toleransı ±0.01 olan dörtgen alanları tanımlar. Bu sistem, üreticilerin ve tasarımcıların tutarlı renk özelliklerine sahip LED'leri seçmesine olanak tanır; büyük ekranlar veya aydınlatma panelleri gibi birden fazla birim arasında renk düzgünlüğünün kritik olduğu uygulamalar için uygundur.

5. Performans Eğrisi Analizi

Veri sayfası, temel performans ilişkilerinin grafiksel gösterimini içerir.

5.1 Göreceli Yoğunluk vs. Dalga Boyu (Spektral Dağılım)

Bu eğri, her bir renk çipinin (kırmızı, yeşil, mavi) emisyon spektrumunu göstermektedir. Genellikle ana dalga boyuna karşılık gelen belirgin tepe noktaları gösterir. Bu tepe noktalarının genişliği spektral saflığı temsil eder; tepe noktası ne kadar dar olursa, renk doygunluğu o kadar yüksek olur. Özellikle yeşil-sarı bölgede, renk spektrumları arasındaki örtüşme, karışık renklerin (örneğin, kırmızı ve yeşilden saf sarı oluşturma) kalitesini ve aralığını etkileyecektir.

5.2 İleri Akım vs. Ortam Sıcaklığı Düşürme Eğrisi

Bu grafik, ısıl yönetim için çok önemlidir. Her bir LED çipinin izin verilen maksimum ileri akımını ortam sıcaklığının bir fonksiyonu olarak gösterir. Sıcaklık arttıkça, maksimum güvenli akım düşer. Örneğin, 25°C'de maksimum akım nominal değer olan 18mA'ya yakın olabilir, ancak 85°C'de izin verilen maksimum akım önemli ölçüde azalır. Tasarımcılar, uzun vadeli güvenilirliği sağlamak için, özellikle her üç renk de tam parlaklıkta olduğunda, çalışma akımının en yüksek beklenen ortam sıcaklığındaki düşürülmüş sınırı aşmadığından emin olmalıdır.

5.3 Uzaysal Dağılım (Radyasyon Deseni)

Bu kutupsal grafik, ışık şiddetinin LED merkez eksenine göre bakış açısına bağlı olarak nasıl değiştiğini göstermektedir. Sağlanan 120 derecelik görüş açısı (2θ_1/2) eksenel değerin %50'sine düştüğü noktadır. Difüz lensler, odaklanmış bir ışın yerine geniş bir alanda düzgün aydınlatma sağlayan, Lambertian gövdeye benzer bir model üretir.

6. Mekanik ve Paketleme Bilgileri

6.1 Paket Boyutları ve Konfigürasyonu

Cihazın nominal boyutları 5.0 mm x 5.0 mm olup yüksekliği 1.6 mm'dir. Aksi belirtilmedikçe, tüm boyut toleransları ±0.2 mm'dir. Üstten görünüşte dört pin tanımlanmıştır: 1 (VDD - Güç Kaynağı), 2 (DIN - Veri Girişi), 3 (VSS - Toprak), 4 (DOUT - Veri Çıkışı).

6.2 Önerilen PCB Lehim Pedi Yerleşimi

PCB tasarımına rehberlik etmek için pad grafikleri sağlanmıştır. Bu önerilen pad boyutlarına ve aralıklarına uymak, reflow lehimleme sürecinde güvenilir lehim bağlantıları elde etmek ve uygun mekanik stabiliteyi sağlamak için çok önemlidir.

7. Montaj ve Çalıştırma Kılavuzu

7.1 Kaynak İşlemi

Bu cihaz, kurşunsuz lehim için uygun kızılötesi (IR) reflow lehimleme işlemiyle uyumludur. Veri sayfası, J-STD-020B standardına uygun sıcaklık profilini referans alır. Bu tür profillerdeki temel parametreler ön ısıtma, ısı dengeleme, reflow tepe sıcaklığı (cihazın maksimum sıcaklık derecelendirmesini aşmamalıdır) ve soğutma hızını içerir. Önerilen sıcaklık profilini takip etmek, termal şok, lehim bağlantı hatası veya LED paketi ve dahili IC'ye zarar gelmesini önlemek için çok önemlidir.

7.2 Temizlik

Montaj sonrası temizlik gerekliyse, önerilen yöntem, monte edilmiş devre kartının oda sıcaklığında etanol veya izopropil alkol içinde bir dakikadan fazla olmamak üzere daldırılmasıdır. Belirtilmemiş veya güçlü aşındırıcı kimyasal temizleyicilerin kullanılması yasaktır, çünkü bunlar plastik lenslere veya kapsülleme malzemelerine zarar verebilir.

8. Paketleme ve Sipariş

LED'ler, 7 inç (178 mm) çapında makaralara sarılmış, 8 mm genişliğinde damgalı taşıyıcı bant formunda sağlanır. Standart paketleme miktarı makara başına 4000 adettir. Taşıyıcı bant ve makara özellikleri, otomatik montaj ekipmanlarıyla uyumluluğu sağlamak için ANSI/EIA 481 standardına uygundur. Lojistik ve makine kurulumu için taşıyıcı bant olukları ve makaranın detaylı boyut çizimleri sağlanmıştır.

9. Uygulama Tasarımı Hususları

9.1 Güç Kaynağı Tasarımı

4.2V ila 5.5V aralığında kararlı, düşük gürültülü bir güç kaynağı kritik öneme sahiptir. Bir LED dizisinin toplam akım ihtiyacı hesaplanmalıdır: I_total= (LED sayısı) * (I_{DD_quiescent}) + (Aydınlatılan piksel sayısı) * (I_{F_R}+ I_{F_G}+ I_{F_B}). Büyük kurulumlar için, güç kablolarındaki voltaj düşüşü göz önünde bulundurulmalı ve muhtemelen birden fazla noktadan güç enjeksiyonu yapılması gerekebilir.

9.2 Veri Sinyal Bütünlüğü

Uzun bir papatya zincirinde veya elektriksel gürültülü ortamlarda, veri hatlarındaki (DIN/DOUT) sinyal bütünlüğü bozulabilir. Hafifletme stratejileri şunları içerir: zamanlama izin veriyorsa daha düşük bir veri hızı kullanmak, mikrodenetleyici çıkışına halkalanmayı azaltmak için küçük bir seri direnç (örneğin, 100-470 Ω) eklemek ve tüm sistemin sağlam bir düşük empedanslı toprak bağlantısına sahip olduğundan emin olmak.

9.3 Termal Yönetim

Sabit akım sürücüler doğal koruma sağlasa da, ısı şeklinde dağıtılması gereken güç (P = V_f* I_fher bir çip için, artı IC kayıpları) yönetilmelidir. LED'ler yüksek parlaklık seviyelerinde veya yüksek ortam sıcaklıklarında, özellikle yoğun dizilerde çalışıyorsa, yeterli havalandırma veya soğutma sağlayın. Bkz. Bölüm 5.2'deki derecelendirme düşürme eğrileri.

10. Teknik Karşılaştırma ve Farklılaşma

Bu bileşenin temel farklılaşması,entegre sabit akım sürücü IC'sinde yatmaktadır.. Üç harici akım sınırlama direnci ve bir harici çoklayıcı veya PWM sürücü devresi gerektiren standart bir RGB LED ile karşılaştırıldığında, bu entegre çözüm önemli avantajlar sunar:

• Tasarım Basitleştirme:Malzeme Listesi (BOM) ve PCB yerleşim karmaşıklığı azaltıldı.
• Tutarlılık İyileştirme:Çip üzerindeki sabit akım kaynağı, her bir birimdeki her renk için aynı sürücü koşullarını sağlayarak üretim partilerinde daha iyi renk düzgünlüğü elde edilmesini sağlar.
• Zincirleme Bağlanabilirlik:Tek hat protokolü, yüzlerce LED'in tek bir mikrodenetleyici piminden kontrol edilmesine izin vererek, büyük kurulumların kablolama ve kontrol yazılımını büyük ölçüde basitleştirir.
• Yüksek Renk Derinliği:Kanal başına 8 bit (256 seviye) kontrol, daha basit çoklama veya analog kontrol çözümlerine kıyasla daha pürüzsüz renk geçişleri ve zengin bir renk paleti sağlar.

11. Sıkça Sorulan Sorular (Teknik Parametrelere Dayalı)

S: Bu LED'i doğrudan 3.3V mikrodenetleyici güç kaynağı ile besleyebilir miyim?
Cevap: Hayır. Mutlak minimum güç kaynağı voltajı (V_DD) 4.2V'dur. 3.3V güç kaynağı, çalışma aralığının altındadır ve dahili IC'ye doğru şekilde güç veremez. LED için bağımsız bir 5V (veya 4.2-5.5V) güç hattı sağlamanız gerekir.

Soru: Projemde 100 adet bu LED kullanıldığında gereken akım nasıl hesaplanır?
Cevap: İki kısmı dikkate almalısınız: 1) IC'nin statik akımı: 100 LED * 0,8 mA = 80 mA. 2) LED akımı: Bu, gösterilen renge bağlıdır. En kötü durumda (tüm LED'ler tam parlaklıkta beyaz gösteriyor), her LED yaklaşık 15 mA tüketir (3 renk * 5 mA). Bu nedenle, 100 LED * 15 mA = 1500 mA. En kötü durum toplam akımı ≈ 1580 mA veya 5V'ta 1,58A. Güç kaynağınız bu değeri karşılayabilmelidir.

Soru: Veri sinyali zamanlaması belirtilen toleransın biraz üzerinde olursa ne olur?
Cevap: Cihaz verileri yanlış yorumlayabilir, bu da yanlış renk göstermeye veya zincirdeki iletişimin tamamen kesilmesine yol açabilir. Veri sinyali oluştururken, zamanlamanın mümkün olduğunca tipik değerlere yakın olması ve ±150ns izin verilen aralığında kalması çok önemlidir.

Soru: Soğutucuya ihtiyaç var mı?
Cevap: Bu, çalışma koşullarına bağlıdır. Oda sıcaklığında ve orta parlaklıkta, 99mW güç tüketimi derecelendirmesi yeterli olabilir. Ancak, yüksek ortam sıcaklığına sahip kapalı bir muhafazada sürekli maksimum parlaklıkta çalışıyorsa, termal analiz yapılmalıdır. Bölüm 5.2'deki düşürme eğrileri, sıcaklık arttıkça maksimum akımın düşürülmesi gerektiğini göstermektedir; bu dolaylı bir termal yönetim şeklidir.

12. Pratik Uygulama Örnekleri

Senaryo: Bir sanat enstalasyonu için 10x10 RGB LED matris paneli tasarımı.

Tasarım Adımları:
1. Düzen:100 LED'i bir ızgara şeklinde düzenleyin. Tüm VDD pinlerini ortak bir 5V güç katmanına, tüm VSS pinlerini ortak bir toprak katmanına bağlayın.
2. Güç Kaynağı:Tepe güç hesaplaması: 100 LED * (0.015A * 5V) = 7.5W. Yaklaşık %20 marj bırakarak, 5V, 8A (40W) güç kaynağı seçilir. Gerilim düşümünü en aza indirmek için panele birden fazla yandan güç enjeksiyonu yapılması planlanmaktadır.
3. Veri Bağlantısı:Bir satırdaki her LED'in DOUT pinini, aynı satırdaki bir sonraki LED'in DIN pinine bağlayın. Her satırın sonunda, DOUT pini bir sonraki satırın ilk LED'inin DIN pinine bağlanarak 100 LED'den oluşan tek bir uzun zincir oluşturulabilir.
4. Kontrol:微控制器（例如，ESP32， Arduino）生成数据流。软件必须发送2400位（100个LED * 24位）的颜色数据，然后是一个>250 µs的复位脉冲以使LED更新。有现成的库可以简化此协议。
5. Termal Yönetim:LED'leri alüminyum PCB'ye monte edin veya panelin havalandırması olduğundan emin olun, çünkü kapalı bir alandaki 7.5W ısı çevre sıcaklığını artırarak akım düşürme ihtiyacını tetikler.

13. Çalışma Prensibi

Bu cihaz basit ve etkili bir prensibe dayalı olarak çalışır. Yerleşik IC, bir kaydırmalı yazmaç ve sabit akım havuzu içerir. Seri veri DIN pini üzerinden girilir ve dahili 24-bit kaydırmalı yazmaçta kaydırılır. Bir sıfırlama sinyali alındığında, IC bu veriyi kilitler. Kilitlenen verinin her 8-bit segmenti, bir renk kanalının (kırmızı, yeşil, mavi) darbe genişlik modülasyonu (PWM) jeneratörünü kontrol eder. Ardından, PWM sinyali, ilgili LED çipine bağlı sabit akım havuzunu sürer. Değer 255 (8'b11111111) olduğunda, görev döngüsü %100'dür (tam parlaklık), değer 127 olduğunda ise görev döngüsü yaklaşık %50'dir, böylece parlaklık kontrol edilir. Sabit akım havuzu, çipler arasında veya sıcaklıkla değişen ileri voltaj (V_f)'daki küçük farklılıklara bakılmaksızın LED'in kararlı bir akım almasını sağlar.

14. Teknoloji Trendleri ve Arka Plan

Bu bileşen, LED teknolojisinde belirgin bir eğilimi temsil etmektedir:Paket seviyesinde entegrasyon ve akıllılık derecesi sürekli olarak artmaktadır.Sürücü fonksiyonlarının ışık yayıcı ile aynı substrat üzerine taşınması (bu konsept genellikle "entegre IC'li LED" veya "akıllı LED" olarak adlandırılır) birkaç endüstriyel zorluğu çözmektedir. Bu, son kullanıcılar için sistem maliyetini ve karmaşıklığını düşürür, performans tutarlılığını artırır ve kolayca ölçeklenebilir yüksek çözünürlüklü adreslenebilir ekranlar gibi yeni uygulamaları mümkün kılar. Bu eğilim, daha yüksek veri hızlarını (örneğin video için) destekleyebilen, desen depolamak için dahili belleğe ve hatta ortam ışığı veya sıcaklık geri bildirimi için sensörlere sahip daha gelişmiş entegre devrelerin LED'lere entegre edilmesi yönünde ilerlemektedir; bu da daha özerk ve uyarlanabilir aydınlatma sistemlerinin yolunu açmaktadır.