内置驱动IC的SMD RGB LED - 5.0x5.0x1.6mm - 4.2-5.5V - 358mW - 白色雾面透镜 - 中文规格书

1. 产品概述

本文档详细阐述了一款表面贴装器件（SMD）LED组件的规格。该组件将红、绿、蓝（RGB）半导体芯片以及一个专用的驱动集成电路（IC）集成在一个紧凑的封装内。这种集成方案旨在为设计人员简化恒流应用，无需为每个颜色通道配备外部限流电阻或复杂的驱动电路。器件采用白色雾面透镜封装，有助于混合来自各个颜色芯片的光线，产生更均匀、柔和的色彩输出，适用于指示灯和装饰照明应用。

1.1 核心优势与目标市场

该组件的核心优势在于其高度集成性。通过内置一个8位恒流PWM（脉宽调制）驱动IC，它可以对每个RGB颜色的亮度进行256级精确数字控制，从而能够创造出超过1670万种色彩组合。单线级联数据传输协议允许多个单元以菊花链方式连接，并通过单个微控制器引脚进行控制，这极大地减少了多LED应用中的布线复杂性和控制器I/O需求。

这使得该组件特别适用于空间受限且对成本敏感、需要多色或全彩灯光效果的应用。其目标市场包括但不限于：消费电子和网络设备中的状态指示灯、前面板背光、装饰灯带、全彩模块以及室内LED视频显示屏或标牌的构成元素。该封装兼容自动贴片组装设备和标准的红外（IR）回流焊接工艺，便于大批量生产。

2. 技术参数：深入客观解读

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在此极限或超出此极限的条件下工作。

• 功耗（P_D)）：358 mW。这是封装能够以热量形式耗散的最大总功率。超过此限制有过热损坏内部IC和LED芯片的风险。
• 电源电压范围（V_DD)）：+4.2V 至 +5.5V。内置IC设计用于标称5V逻辑电源。施加超出此范围的电压可能损坏控制电路。
• 总正向电流（I_F)）：65 mA。这是通过红、绿、蓝通道的电流总和的最大值。
• 工作温度（T_a)）：-40°C 至 +85°C。保证器件在此环境温度范围内正常工作。
• 储存温度）：-40°C 至 +100°C。器件可在不施加电源的情况下在此更宽的温度范围内储存。

2.2 光学特性

测量条件：环境温度（T_a）为25°C，电源电压（V_DD）为5V，所有颜色通道设置为最大亮度（数据 = 8'b11111111）。

• 发光强度（I_V):
  • 红色（AlInGaP）：600 - 1200 mcd（典型值）
  • 绿色（InGaN）：1100 - 2200 mcd（典型值）
  • 蓝色（InGaN）：270 - 540 mcd（典型值）
  绿色芯片通常输出最高，其次是红色，然后是蓝色。这种不平衡在RGB LED中很常见，必须在混色算法中加以考虑，以实现所需的白色色温或特定色调。
• 视角（2θ_1/2)）：120度。这个宽视角定义为强度下降到轴向值一半时的角度，是白色雾面透镜的特征，提供了宽广、柔和的光发射模式，适合区域照明。
• 主波长（λ_d):
  • 红色：615 - 630 nm
  • 绿色：515 - 530 nm
  • 蓝色：455 - 470 nm
  这些范围定义了每个芯片发出的主色光。特定器件在这些范围内的具体分档决定了其精确的色坐标。

2.3 电气特性

规定范围涵盖整个工作温度范围（-40°C 至 +85°C）和电源电压范围（4.2V 至 5.5V）。

• IC每通道输出电流（I_F)）：20 mA（典型值）。内置驱动IC将提供给每个红、绿、蓝LED芯片的电流调节至此恒定值，确保亮度稳定和色彩一致性，不受正向电压变化的影响。
• 输入逻辑电平:
  • 高电平输入电压（V_IH）：最小2.7V 至 V_DD。兼容3.3V和5V微控制器输出。
  • 低电平输入电压（V_IL）：0V 至 最大1.0V。
• IC静态电流（I_DD)）：1.5 mA（典型值）。这是当所有LED输出关闭（所有数据位为'0'）时，内置驱动IC自身消耗的电流。

3. 分档系统说明

3.1 CIE色度坐标分档

文档提供了一个基于CIE 1931 (x, y) 色度坐标的颜色分档表。每个LED发出的光经过测试并被分类到特定的分档中（例如，A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3）。每个分档由色度图上的一个四边形区域定义，由四个(x, y)坐标点指定。分档内坐标的公差为x和y方向均为 +/- 0.01。这种分档确保了不同生产批次之间的颜色一致性。设计人员在下单时可以指定分档代码，以在其应用中实现更严格的颜色匹配，这对于颜色均匀性至关重要的显示屏或多LED安装至关重要。

4. 性能曲线分析

4.1 相对强度 vs. 波长（光谱分布）

提供的图表（图1）显示了红、绿、蓝芯片的相对光谱功率分布。每条曲线都显示了一个与其主波长范围相对应的明显峰值。红色曲线中心约在~625nm，绿色约在~525nm，蓝色约在~465nm。这些峰值的宽度（半高全宽）影响颜色纯度；通常峰值越窄，颜色饱和度越高。绿色和红色光谱之间的重叠极小，这有利于实现宽广的色域。

4.2 正向电流 vs. 环境温度降额曲线

该图表（图2）说明了最大允许总正向电流（I_F）与环境工作温度（T_A）之间的关系。随着温度升高，最大允许电流线性下降。这种降额是必要的，以防止LED芯片和驱动IC的结温超过安全极限，否则会加速性能退化并缩短寿命。在最高工作温度85°C时，允许的总电流显著低于25°C时规定的65mA绝对最大额定值。进行可靠的热设计时必须参考此曲线。

4.3 空间分布（发光强度模式）

极坐标图（图3）绘制了归一化相对发光强度随视角变化的函数。该图证实了120度的视角，显示出典型的雾面透镜所具有的平滑、近似朗伯分布。强度在0度（轴向）最高，在轴向+/-60度处对称下降至峰值的50%。

5. 机械与封装信息

5.1 封装尺寸与配置

该组件采用表面贴装封装，整体尺寸约为长5.0mm、宽5.0mm、高1.6mm（公差±0.2mm）。封装采用白色雾面塑料透镜。引脚配置包含四个焊盘：

1. VSS：地（0V参考）。
2. DIN：控制数据信号输入。接收针对此特定LED的串行数据流。
3. DOUT：控制数据信号输出。将接收到的数据流转发至菊花链中下一个LED的DIN引脚。
4. VDD：直流电源输入（+4.2V 至 +5.5V）。

5.2 推荐的PCB贴装焊盘布局

提供了焊盘图形图以指导印刷电路板（PCB）设计。遵循这些推荐的焊盘尺寸和间距可确保回流焊接过程中形成良好的焊点、可靠的电气连接以及足够的机械强度。设计通常包括散热连接和适当的阻焊开窗。

6. 焊接与组装指南

6.1 红外回流焊接曲线

提供了一个建议的红外（IR）回流焊接曲线，符合J-STD-020B无铅焊接工艺标准。曲线图显示了关键参数：预热、保温、回流峰值温度和冷却速率。峰值温度通常不得超过元件最高储存温度（100°C）过多，且持续时间不得超过规定时间，以避免塑料封装损坏或内部应力。遵循此曲线对于在不使LED和内置IC遭受热冲击的情况下获得可靠焊点至关重要。

6.2 清洗

如果需要进行焊后清洗，可将元件在室温下浸入乙醇或异丙醇中，时间不超过一分钟。禁止使用未指定或腐蚀性强的化学清洁剂，因为它们可能损坏塑料透镜或封装材料。

7. 包装与订购信息

7.1 编带与卷盘规格

元件以压纹载带加保护盖带的形式包装，卷绕在直径为7英寸（178mm）的卷盘上。载带宽度为12mm。标准包装数量为每卷1000片，部分卷盘的最小订购量为500片。提供了载带凹槽和卷盘的详细尺寸，以确保与自动组装设备送料器的兼容性。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• 状态与指示灯：电信、网络和工业设备中的多色状态指示灯。
• 装饰与建筑照明：消费产品中的LED灯带、氛围灯和变色点缀。
• 背光：具有动态色彩效果的前面板或Logo背光。
• 全彩显示屏：作为低分辨率室内全彩LED显示屏、信息板或柔光面板中的单个像素。

8.2 设计考量

• 电源：确保提供干净、稳定的5V电源，并具有足够的电流容量以满足所用LED的数量。当多个LED同时上电时，需考虑浪涌电流。
• 数据信号完整性：对于长菊花链或高数据速率，如果微控制器工作在3.3V，由于V_IH最小值为2.7V，可能需要考虑信号缓冲或电平转换。
• 热管理：遵循电流降额曲线（图2）。在LED焊盘下方和周围提供足够的铜箔区域作为散热片，特别是在高亮度或高环境温度的应用中。
• 混色：软件或固件必须考虑R、G、B通道不同的发光强度（根据第2.2节的典型值），以实现准确的混色和中性白点。

9. 技术对比与差异化

与标准分立RGB LED相比，该组件的主要区别在于集成了带数字PWM控制的恒流驱动器。分立RGB LED需要三个独立的限流电阻（或更复杂的恒流沉）以及三个微控制器PWM通道进行控制。此集成方案整合了驱动电路，减少了PCB上的元件数量，简化了固件（使用串行协议而非多个PWM定时器），并支持易于扩展安装的菊花链连接。其代价是单位成本略高以及固定的电流设置（通常为20mA）。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 我可以菊花链连接多少个这样的LED？

理论上可以连接非常多，因为每个LED都会再生并重传数据信号。实际限制取决于所需的刷新率和数据信号完整性。连接N个LED的总数据传输时间为 N * 24 位 * (1.2 µs ± 300ns) 加上一个复位脉冲。对于30 fps的刷新率，这会将链上的LED数量限制在几百个以内。长链上的信号衰减可能需要周期性的信号增强。

10.2 我可以用3.3V微控制器驱动这个LED吗？

可以，输入高电压（V_IH）规格为最小2.7V，与3.3V逻辑高输出（约3.3V）兼容。确保微控制器的GPIO引脚能为DIN输入提供/吸收足够的电流。电源（V_DD）仍必须在4.2V至5.5V之间。

10.3 如果每个通道是20mA，为什么最大总电流是65mA？

每通道20mA是内部驱动器设定的典型工作电流。65mA的绝对最大额定值是整个封装的应力极限，考虑到了所有三个LED和驱动IC在最大亮度下同时工作所产生的总热量。降额曲线（图2）显示，在高温下，安全工作电流远低于65mA。

11. 实际用例示例

场景：设计一个16颗LED的变色装饰灯环。LED将排列成一个圆圈并以菊花链方式连接。一个5V、1A的电源就足够了（16颗LED * 约1.5mA IC静态电流 + 16颗LED * 3通道 * 20mA最大电流 * 占空比）。一个微控制器（例如Arduino或ESP32）只需要一个GPIO引脚连接到第一颗LED的DIN。固件将创建一个包含所有16颗LED的24位颜色值（R、G、B各8位）的数据流，后跟一个复位脉冲。持续发送此数据流以创建动画效果。白色雾面透镜确保单个LED光点融合成一个平滑的光环。

12. 工作原理简介

该器件基于数字串行通信原理工作。内置IC包含用于每个颜色通道的移位寄存器和锁存器。串行数据流通过DIN引脚被时钟信号输入IC。每个数据位由1.2µs固定周期内高脉冲的时序表示。'0'位是短高脉冲（约300ns），'1'位是长高脉冲（约900ns）。接收到的前24位对应于绿、红、蓝的8位亮度值（通常按此顺序，GRB）。接收到其24位数据后，IC从其DOUT引脚重传所有后续位，使数据得以级联。DIN引脚上持续时间超过250µs的低电平信号（复位）会使链中的所有IC将其接收到的数据锁存到输出驱动器中，从而同时更新LED亮度。

13. 技术趋势

将驱动IC直接集成到LED封装中代表了LED组件设计的一个重要趋势，正朝着"智能LED"解决方案发展。这一趋势降低了系统复杂性，通过减少外部连接提高了可靠性，并实现了更复杂的控制（如单独寻址）。未来的发展可能包括更高的集成度（集成微控制器或无线控制器）、通过片上校准改善颜色一致性、更高的PWM分辨率（10位、12位、16位）以实现更精细的色彩控制，以及增强的通信协议（具有更高的数据速率和纠错能力），以支持更稳健的大规模安装。