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IR LED 5.0mm IR533C Datenblatt - 5mm Gehäuse - 940nm Spitzenwellenlänge - 100mA Durchlassstrom - Technisches Dokument

Vollständiges technisches Datenblatt für die IR533C 5.0mm Infrarot-LED. Details zu 940nm Spitzenwellenlänge, hoher Strahlungsstärke, elektrischen Eigenschaften, Gehäuseabmessungen und Anwendungsrichtlinien.
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PDF-Dokumentendeckel - IR LED 5.0mm IR533C Datenblatt - 5mm Gehäuse - 940nm Spitzenwellenlänge - 100mA Durchlassstrom - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR533C ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode in einem standardmäßigen 5,0-mm-(T-1 3/4)-blauen Kunststoffgehäuse. Sie ist für Anwendungen konzipiert, die eine zuverlässige und leistungsstarke Infrarot-Emission im 940-nm-Spektrum erfordern. Das Bauteil ist spektral auf gängige Silizium-Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodule abgestimmt, was es zu einer idealen Quelle für geschlossene optische Systeme macht.

Die Kernpositionierung dieser Komponente liegt in kostengünstigen, hochvolumigen Anwendungen, bei denen eine konstante Infrarot-Ausgangsleistung und die Kompatibilität mit Standardgehäusen von größter Bedeutung sind. Ihre Hauptvorteile umfassen hohe Zuverlässigkeit, eine signifikante Strahlungsstärke und eine niedrige Durchlassspannung, was zu einem effizienten System-Energiemanagement beiträgt.

Der Zielmarkt umfasst Unterhaltungselektronik, industrielle Sensorik und Sicherheitsausrüstung. Sie eignet sich besonders für Entwickler von Infrarot-Fernbedienungen, optischen Freiraum-Datenverbindungen, Rauchmeldesystemen und verschiedenen anderen infrarotbasierten Anwendungssystemen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen wird nicht garantiert.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden bei einer Standard-Umgebungstemperatur von 25°C gemessen und definieren die Leistung des Bauteils unter spezifizierten Bedingungen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt enthält eine Binning-Tabelle für die Strahlungsstärke bei IF=20mA. Binning ist ein Qualitätskontrollprozess, bei dem LEDs nach der Herstellung basierend auf gemessenen Leistungsparametern sortiert (gebinned) werden.

Strahlungsstärke-Binning:LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Strahlungsstärke in Bins (K, L, M, N, P) kategorisiert. Zum Beispiel umfasst Bin 'K' LEDs mit einer Intensität zwischen 4,0 und 6,4 mW/sr, während Bin 'P' solche zwischen 15,0 und 24,0 mW/sr umfasst. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit garantierten Mindest- (und Höchst-) Ausgangspegeln für ihre Anwendung auszuwählen, um die Konsistenz der Systemleistung sicherzustellen, insbesondere in Multi-LED-Arrays oder empfindlichen Empfängersystemen. Das spezifische Bin für eine bestimmte Charge ist auf dem Verpackungsetikett angegeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die Leistungstrends über die Ein-Punkt-Daten in den Tabellen hinaus veranschaulichen.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die IR533C verwendet das industrieübliche 5,0-mm-(T-1 3/4)-Radialgehäuse mit Anschlussdrähten. Wichtige Abmessungsspezifikationen aus der Zeichnung sind:

5.2 Polaritätskennzeichnung

Wie bei den meisten Radial-LEDs ist ein Anschlussdraht länger als der andere. Der längere Draht ist die Anode (positiv, A+), und der kürzere Draht ist die Kathode (negativ, K-). Das Gehäuse kann auch eine abgeflachte Stelle am Rand in der Nähe des Kathodenanschlusses haben. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb unerlässlich.

6. Löt- und Montagerichtlinien

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

Grundschaltung zur Ansteuerung:Die einfachste Schaltung besteht aus einem in Reihe geschalteten strombegrenzenden Widerstand an einer Versorgungsspannung. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vcc - VF) / IF, wobei Vcc die Versorgungsspannung, VF die LED-Durchlassspannung beim gewünschten Strom IF und IF der Ziel-Durchlassstrom (z.B. 20mA) ist. Stellen Sie stets sicher, dass die Belastbarkeit des Widerstands ausreicht (P = IF² * R).

Gepulster Betrieb für hohe Intensität:Für Anwendungen wie Fernbedienungen mit großer Reichweite nutzen Sie die gepulsten Grenzwerte. Ein Transistor (BJT oder MOSFET) kann verwendet werden, um den hohen Pulsstrom (bis zu 1A) von einem Kondensator oder einer höheren Versorgungsspannung zu schalten. Der Serienwiderstand muss basierend auf der gepulsten VF und dem gewünschten Pulsstrom berechnet werden. Stellen Sie sicher, dass die Einschränkungen für Pulsbreite und Tastverhältnis (≤100μs, ≤1%) strikt eingehalten werden.

8.2 Designüberlegungen

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die IR533C positioniert sich im breiten Markt für 5-mm-IR-LEDs durch spezifische Eigenschaften:

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED dauerhaft mit 100mA betreiben?

A1: Der absolute Maximalwert für den Dauer-Durchlassstrom beträgt 100mA bei Ta=25°C. Sie müssen jedoch die Reduktionskurve (Abb.1) konsultieren. Bei erhöhten Umgebungstemperaturen verringert sich der maximal zulässige Dauerstrom erheblich, um das Überschreiten der maximalen Übergangstemperatur und der 150-mW-Verlustleistungsgrenze zu verhindern. Für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ist es oft ratsam, für einen niedrigeren Strom (z.B. 50-75mA) zu dimensionieren.

F2: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsstärke (mW/sr) und Strahlungsleistung (mW)?

A2: Strahlungsstärke ist die optische Leistung, die pro Raumwinkeleinheit (Steradiant) abgegeben wird. Strahlungsleistung (oder Fluss) ist die gesamte in alle Richtungen abgegebene optische Leistung. Um die Gesamtleistung abzuschätzen, müssten Sie die Intensität über das gesamte räumliche Abstrahldiagramm (Abb.6) integrieren. Für eine LED mit einem Abstrahlwinkel von 25 Grad ist die Gesamtleistung deutlich geringer als der Achsen-Intensitätswert multipliziert mit 4π Steradiant.

F3: Wie wähle ich den richtigen strombegrenzenden Widerstand?

A3: Verwenden Sie die Formel R = (Vs - VF) / IF. Verwenden Sie den *maximalen* VF-Wert aus dem Datenblatt für Ihren gewählten IF, um sicherzustellen, dass unter allen Bedingungen genügend Spannung am Widerstand abfällt und ein Überstrom verhindert wird. Beispiel: Für eine 5-V-Versorgung und 20mA Zielstrom: R = (5V - 1,5V) / 0,02A = 175 Ohm. Verwenden Sie den nächsthöheren Normwert (180 Ohm). Leistung am Widerstand: P = (0,02A)² * 180Ω = 0,072W, daher ist ein 1/8W- oder 1/4W-Widerstand sicher.

F4: Warum ist die Durchlassspannung in der Tabelle bei 100mA gepulst niedriger als bei 20mA DC?

A4: Dies scheint eine Diskrepanz in den bereitgestellten Daten zu sein (typ. 1,4V bei 100mA gepulst vs. 1,5V bei 20mA). In der Realität sollte VF aufgrund des Serienwiderstands mit dem Strom ansteigen. Die gepulste Messung bei 100mA könnte einen geringeren Übergangstemperaturanstieg haben als eine DC-Messung bei 20mA, was VF leicht beeinflussen könnte. Entwerfen Sie stets unter Verwendung des *maximal* spezifizierten VF für Ihren Betriebszustand, um auf der sicheren Seite zu sein.

11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Infrarot-Fernbedienungssender mit großer Reichweite.

Ziel: Erreichen einer Reichweite von 30 Metern unter Innenraumbedingungen.

Design: Verwenden Sie gepulsten Betrieb mit den Maximalwerten. Steuern Sie die IR533C mit 1A-Pulsen von 50μs Breite bei einem Tastverhältnis von 1/40 an (z.B. 50μs ein, 1950μs aus, erfüllt ≤100μs, ≤1% Spezifikation). Eine einfache Schaltung verwendet einen Mikrocontroller-GPIO-Pin, um über einen kleinen Basiswiderstand die Basis eines NPN-Transistors (z.B. 2N2222) anzusteuern. Der Kollektor des Transistors ist mit der LED-Anode verbunden, und die LED-Kathode ist über einen niedrigen strombegrenzenden Widerstand, berechnet für 1A, mit Masse verbunden. Die LED-Anode ist auch mit einem geladenen Kondensator (z.B. 100μF) in der Nähe der LED verbunden, um den hohen Spitzenstrom zu liefern. Dieser Aufbau nutzt die hohe gepulste Strahlungsstärke (350 mW/sr typ.) für maximale Reichweite.

Beispiel 2: Näherungs- oder Objekterkennungssensor.

Ziel: Erkennen eines Objekts innerhalb von 10 cm.

Design: Verwenden Sie Dauerbetrieb mit einem moderaten Strom (z.B. 50mA) für eine stabile Ausgangsleistung. Kombinieren Sie die IR533C mit einem passenden Silizium-Fototransistor, der einige Zentimeter entfernt platziert ist. Modulieren Sie den LED-Treiberstrom mit einer spezifischen Frequenz (z.B. 38kHz) über den Mikrocontroller. Die Empfängerschaltung enthält einen Bandpassfilter, der auf 38kHz abgestimmt ist. Diese Technik macht das System unempfindlich gegenüber Änderungen des Umgebungslichts (Sonnenlicht, Raumbeleuchtung). Die 940-nm-Wellenlänge minimiert sichtbare Lichtinterferenzen. Die niedrige VF ermöglicht es dem System, mit einer 3,3-V-Mikrocontroller-Versorgung zu arbeiten.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-p-n-Übergangsdiode. Bei Durchlassvorspannung (positive Spannung an der p-Seite relativ zur n-Seite) werden Elektronen aus dem n-Gebiet über den Übergang in das p-Gebiet injiziert, und Löcher aus dem p-Gebiet werden in das n-Gebiet injiziert. Diese injizierten Minoritätsträger (Elektronen im p-Gebiet, Löcher im n-Gebiet) rekombinieren mit den Majoritätsträgern. In einem Halbleiter mit direkter Bandlücke wie Gallium-Aluminium-Arsenid (GaAlAs) wird ein erheblicher Teil dieser Rekombinationsereignisse in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie (Eg) des Halbleitermaterials bestimmt, gemäß der Gleichung λ ≈ 1240 / Eg (mit Eg in Elektronenvolt und λ in Nanometern). Für GaAlAs, das auf 940-nm-Emission abgestimmt ist, beträgt die Bandlücke etwa 1,32 eV. Die spezifische Dotierung und Schichtstruktur des Chips sind darauf ausgelegt, die Effizienz dieses strahlenden Rekombinationsprozesses im Infrarotspektrum zu maximieren.

13. Technologietrends

Die grundlegende Technologie hinter Bauteilen wie der IR533C ist ausgereift. Trends im breiteren IR-LED-Markt beeinflussen jedoch ihren Anwendungskontext und ihre Entwicklung:

LED-Spezifikations-Terminologie

Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe

Photoelektrische Leistung

Begriff Einheit/Darstellung Einfache Erklärung Warum wichtig
Lichtausbeute lm/W (Lumen pro Watt) Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten.
Lichtstrom lm (Lumen) Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. Bestimmt, ob das Licht hell genug ist.
Betrachtungswinkel ° (Grad), z.B. 120° Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit.
Farbtemperatur K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien.
Farbwiedergabeindex Einheitenlos, 0–100 Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet.
Farborttoleranz MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs.
Dominante Wellenlänge nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs.
Spektralverteilung Wellenlänge vs. Intensitätskurve Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität.

Elektrische Parameter

Begriff Symbol Einfache Erklärung Design-Überlegungen
Flussspannung Vf Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs.
Flussstrom If Stromwert für normalen LED-Betrieb. Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer.
Max. Pulsstrom Ifp Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden.
Sperrspannung Vr Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten.
Wärmewiderstand Rth (°C/W) Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung.
ESD-Immunität V (HBM), z.B. 1000V Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs.

Wärmemanagement & Zuverlässigkeit

Begriff Schlüsselmetrik Einfache Erklärung Auswirkung
Sperrschichttemperatur Tj (°C) Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung.
Lichtstromrückgang L70 / L80 (Stunden) Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED.
Lichtstromerhaltung % (z.B. 70%) Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten.
Farbverschiebung Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse Grad der Farbänderung während der Verwendung. Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen.
Thermisches Altern Materialabbau Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen.

Verpackung & Materialien

Begriff Gängige Typen Einfache Erklärung Merkmale & Anwendungen
Gehäusetyp EMC, PPA, Keramik Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer.
Chip-Struktur Front, Flip-Chip Chip-Elektrodenanordnung. Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung.
Phosphorbeschichtung YAG, Silikat, Nitrid Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI.
Linse/Optik Flach, Mikrolinse, TIR Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve.

Qualitätskontrolle & Binning

Begriff Binning-Inhalt Einfache Erklärung Zweck
Lichtstrom-Bin Code z.B. 2G, 2H Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge.
Spannungs-Bin Code z.B. 6W, 6X Nach Flussspannungsbereich gruppiert. Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz.
Farb-Bin 5-Schritt MacAdam-Ellipse Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte.
CCT-Bin 2700K, 3000K usw. Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen.

Prüfung & Zertifizierung

Begriff Standard/Test Einfache Erklärung Bedeutung
LM-80 Lichtstromerhaltungstest Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet.
TM-21 Lebensdauerschätzstandard Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage.
IESNA Beleuchtungstechnische Gesellschaft Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. Industrieanerkannte Testbasis.
RoHS / REACH Umweltzertifizierung Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. Marktzugangsvoraussetzung international.
ENERGY STAR / DLC Energieeffizienzzertifizierung Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit.