SMD RGB LED 19-C47 规格书 - 8位PWM控制 - 5V供电 - 全彩 - 中文技术文档

1. 产品概述

19-C47是一款紧凑型表面贴装器件（SMD），集成了三个独立的LED芯片（红、绿、蓝）和一个专用的3通道恒流驱动IC。这种集成设计实现了精确的混色与控制，使其成为需要鲜艳、可编程全彩输出的应用中的关键组件。其主要优势在于微型封装尺寸、因内置驱动而简化的外部电路，以及针对每个颜色通道的精密8位脉宽调制（PWM）控制。

1.1 核心特性与优势

• 集成驱动：内置一个带线性8位PWM控制的3通道LED驱动器，无需外部PWM控制器即可实现基础混色。
• 高色深：每个RGB芯片可通过256级灰度（8位）进行控制，可实现超过1600万种颜色（256^3）。
• 紧凑SMD封装：尺寸远小于传统的引线框架LED，可实现更高的电路板密度、减小终端产品尺寸，并适用于自动化贴片组装。
• 合规性：产品无铅，符合RoHS、欧盟REACH及无卤标准（Br <900ppm， Cl <900ppm， Br+Cl <1500ppm）。
• 工艺兼容性：设计兼容标准的红外和气相回流焊接工艺。

1.2 目标应用

本组件专为需要动态全彩照明和显示的应用而设计。

• 室内外全彩LED视频显示屏和标识牌。
• 装饰性LED灯带和建筑照明。
• 仪表盘、开关和符号的背光。
• 通信设备中的状态指示灯和背光。
• 通用全彩照明应用。

2. 技术规格与深度分析

2.1 绝对最大额定值与工作条件

这些参数定义了可能导致器件永久损坏的极限值。在推荐条件下工作可确保可靠性能。

• 电源电压（VDD）：绝对最大范围为+4.2V至+5.5V。推荐的典型工作电压为5.0V。超过5.5V可能损坏内部驱动IC。
• 输入电压（VIN）：逻辑输入引脚（DIN）的电压必须保持在-0.5V至VDD+0.5V之间。为确保可靠的逻辑高电平识别，典型电压为3.3V，而逻辑低电平应低于0.3*VDD（在5V VDD下通常为1.5V）。
• ESD防护：额定值为2000V人体模型（HBM）。虽然这提供了基本的操作防护，但在组装过程中仍需采取适当的ESD预防措施。
• 温度范围：工作温度为-20°C至+70°C。存储温度范围为-40°C至+90°C。焊接曲线至关重要：回流焊峰值温度不应超过260°C持续10秒，或手工焊接时不超过350°C持续3秒。

2.2 直流电气特性

在Ta=25°C， VDD=5V条件下测量，这些特性定义了器件在静态条件下的电气行为。

• 电源电流（IDD）：当所有LED输出关闭（PWM占空比0%）时，驱动IC本身的典型功耗电流为2.5 mA。此为静态电流。
• 逻辑电平阈值：确认输入电压电平：VIH（高电平）典型值为3.3V，VIL（低电平）最大值为0.3*VDD。

2.3 时序与数据通信协议

该器件使用串行通信协议接收24位数据（红、绿、蓝每个通道各8位）。时序对于无差错数据传输至关重要。

• 高速模式时序：
  • T0H（0码，高电平时间）：300ns ±80ns。
  • T0L（0码，低电平时间）：900ns ±80ns。
  • T1H（1码，高电平时间）：900ns ±80ns。
  • T1L（1码，低电平时间）：300ns ±80ns。
  • RES（复位时间）：必须大于50µs的低电平信号以锁存数据。
• 数据格式：为单个器件顺序发送24位数据：通常为G7-G0， R7-R0， B7-B0（顺序可能不同，请检查协议详情）。
• 级联：多个器件可以菊花链方式连接。一个器件的DOUT引脚连接到下一个器件的DIN引脚。在接收其24位数据后，器件会自动将后续数据位转发到DOUT。
• 设计说明：
  • 建议在数据线上使用RC滤波器和上拉/下拉电阻（R1，建议10kΩ至100kΩ）以提高信号完整性。
  • 必须在VDD引脚附近放置一个0.1µF的旁路电容，以确保电源稳定和抗噪能力。

3. 光电特性与分档系统

这些参数定义了LED芯片的光输出和颜色特性，在正向电流（IF）为5mA且Ta=25°C的条件下测量。

3.1 光学性能

• 发光强度（Iv）：典型光输出因颜色芯片而异：
  • 红色（RS）：70 mcd（最小28.5， 最大180）。
  • 绿色（GH）：180 mcd（最小140， 最大360）。
  • 蓝色（BH）：40 mcd（最小28.5， 最大72）。
• 视角（2θ1/2）：120度宽视角，适用于需要宽光分布的应用。
• 波长：
  • 峰值波长（λp）：红色~632nm，绿色~518nm，蓝色~468nm。
  • 主波长（λd）：红色617.5-629.5nm，绿色525-540nm，蓝色465-475nm。
• 光谱带宽（Δλ）：红色~20nm，绿色~35nm，蓝色~25nm。

3.2 分档系统说明

为确保生产中的颜色一致性，LED根据发光强度被分档。设计人员应为阵列中统一的外观指定所需的分档代码。

• 红色（RS）分档：N（28.5-45 mcd）， P（45-72 mcd）， Q（72-112 mcd）， R（112-180 mcd）。
• 绿色（GH）分档：R2（140-180 mcd）， S1（180-225 mcd）， S2（225-285 mcd）， T1（285-360 mcd）。
• 蓝色（BH）分档：N（28.5-45 mcd）， P（45-72 mcd）。

容差：发光强度容差为±11%，同一分档内主波长容差为±1nm。

4. 机械、封装与组装信息

4.1 封装尺寸与引脚定义

该器件采用紧凑型SMD封装。建议的焊盘布局是一个起点，应根据具体的制造工艺进行优化。

• 引脚功能：
  1. DOUT：数据输出，用于级联到下一个器件的DIN。
  2. VDD：电源输入（+5V）。需要就近放置一个0.1µF的旁路电容。
  3. DIN：用于PWM控制数据的串行数据输入。
  4. GND：电源和数据的公共地。

4.2 焊接与组装指南

• 回流焊曲线：兼容标准曲线，峰值温度不超过260°C持续10秒。
• 电流限制： 关键点：集成驱动器根据PWM输入为LED提供恒流控制。然而，外部电源电压（VDD）必须稳定。轻微的过压可能导致通过驱动器和LED的电流大幅增加，从而导致立即烧毁。适当的电压调节至关重要。

4.3 湿度敏感性与存储

这是一款湿度敏感器件（MSD）。

• 开封前：将密封的防潮袋存储在≤30°C和≤90% RH的条件下。
• 开封后：在≤30°C和≤60% RH条件下的"车间寿命"为168小时（7天）。如果未在此时间内使用，未使用的部件必须重新用干燥剂封装。
• 烘烤：如果超过车间寿命或湿度指示卡显示受潮，在焊接前需要进行烘烤，以防止回流焊过程中发生"爆米花"损坏。

4.4 包装规格

• 编带与卷盘：包装在8mm宽的编带上，卷盘直径为7英寸。每卷包含2000片。
• 标签信息：卷盘标签包括产品编号（P/N）、数量（QTY）以及关键的分档代码：发光强度等级（CAT）、色度/波长等级（HUE）和正向电压等级（REF）。

5. 应用设计考量与常见问题

5.1 典型应用电路

基本应用包括一个5V稳压电源、一个能够生成精确串行协议的带数字I/O引脚的微控制器（MCU）以及LED。MCU的I/O引脚连接到第一个LED的DIN。对于多个LED，它们以菊花链方式连接。每个器件的VDD和GND之间放置一个0.1µF的陶瓷电容。可以在靠近MCU的数据线上串联一个电阻（例如，100Ω至470Ω）以抑制振铃，尽管规格书建议使用RC滤波器。

5.2 设计注意事项

• 电源：使用稳压良好的5V电源。纹波和噪声会影响颜色一致性和数据完整性。
• 数据线完整性：对于长电缆或链中器件较多的情况，可能会出现信号衰减。考虑使用缓冲芯片或差分驱动器以实现稳健的通信。
• 热管理：虽然驱动器处理电流，但LED会产生热量。对于高占空比工作或高环境温度，确保足够的PCB铜箔或散热，以将结温保持在限制范围内。
• 色彩校准：由于分档差异，对于专业显示应用，可能需要使用8位PWM控制进行色彩校准步骤，以实现所有像素间统一的白点和色域。

5.3 常见问题解答（基于技术参数）

• 问：每个LED通道的最大电流是多少？答：规格书未指定内部驱动器驱动时LED的固定正向电流（IF）。光输出是在IF=5mA下指定的，这很可能是驱动器为每个通道设定的电流。驱动器的恒流设计保护了LED，但不得超过绝对最大VDD额定值。
• 问：我可以用3.3V的微控制器驱动这个LED吗？答：可以。逻辑高电平输入电压（VIH）典型值为3.3V，与3.3V逻辑兼容。但是，请确保VDD电源保持为5V，以便LED驱动器正常工作。
• 问：我可以级联多少个LED？答：限制取决于数据刷新率和信号完整性。每个器件都会增加微小的传播延迟。对于每个器件24位数据流和目标刷新率（例如，60Hz），可以计算最大数量。使用800kbps时钟，对于静态照明可以级联数百个器件，但对于视频，由于需要高刷新率，数量会减少。
• 问：为什么旁路电容是必需的？答：驱动IC以高频（PWM）切换LED电流。这会在VDD线上引起突然的电流尖峰。就近的0.1µF电容在本地提供此高频电流，防止可能导致IC复位或闪烁的电压跌落，并减少电磁干扰（EMI）。

6. 技术对比与行业趋势

6.1 与基础LED的区别

19-C47的关键区别在于其集成驱动器。与需要三个外部限流电阻和一个外部PWM控制器（例如，来自具有三个PWM引脚的MCU）的分立RGB LED相比，该器件简化了设计。它只需要单根数据线和电源，大大减少了大型阵列所需的MCU引脚数量和软件复杂度。代价是组件成本略高，并且需要管理串行协议。

6.2 工作原理

该器件基于串入并出移位寄存器原理处理PWM数据。24位数据字被时钟信号移入内部寄存器。该寄存器控制着每个颜色的独立8位PWM发生器。PWM发生器调制驱动相应LED芯片的恒流源。人眼对快速开关脉冲进行积分，感知到每种原色的特定亮度级别，这些亮度混合形成最终颜色。

6.3 行业趋势

可寻址LED的趋势是朝着更高集成度、更高数据速率和改善的色彩性能发展。8位PWM（如此器件）的后续产品通常具有16位或更高PWM，以实现更平滑的调光和更好的色彩精度（消除低亮度闪烁或色偏）。协议正变得更快、更稳健（例如，使用曼彻斯特编码或差分信号）。行业也在朝着在驱动IC内集成全局亮度控制和温度补偿的方向发展。19-C47代表了一种成熟、高性价比的解决方案，适用于许多主流全彩照明和显示应用。