LTE-5228A IR-Emitter Datenblatt - Hoher Strom, Niedrige Flussspannung, 940nm Wellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Der LTE-5228A ist eine Hochleistungs-Infrarot (IR)-Leuchtdiode (LED), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine robuste optische Ausgangsleistung erfordern. Seine Kernvorteile ergeben sich aus der Auslegung für hohe Treiberstromfähigkeit bei gleichzeitig relativ niedriger Flussspannung, was ihn für gepulsten und Dauerbetrieb effizient macht. Das Bauteil ist in einem klaren, transparenten Gehäuse untergebracht, was für IR-Emitter typisch ist, um die Absorption des emittierten nicht sichtbaren Lichts zu minimieren. Die primären Zielmärkte umfassen Industrieautomation, Sicherheitssysteme (z.B. Beleuchtung für Überwachungskameras), optische Sensoren und Fernbedienungen, wo zuverlässige, unsichtbare Lichtquellen entscheidend sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Limits, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Der LTE-5228A kann bis zu 150 mW Leistung dissipieren. Sein Spitzen-Vorwärtsstrom ist mit 2 Ampere außergewöhnlich hoch, jedoch nur unter spezifischen gepulsten Bedingungen zulässig (300 Pulse pro Sekunde mit einer Pulsbreite von 10 Mikrosekunden). Der Dauer-Vorwärtsstrom ist mit konventionelleren 100 mA spezifiziert. Das Bauteil hält eine Sperrspannung von bis zu 5V stand. Die Betriebs- und Lagertemperaturbereiche liegen bei -40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +100°C, was auf Eignung für raue Umgebungen hinweist. Die Löttemperatur für die Anschlüsse ist mit 260°C für 5 Sekunden in einem Abstand von 1,6mm vom Gehäusekörper spezifiziert, ein kritischer Parameter für Montageprozesse.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Vorwärtsstrom (I_F) von 20mA gemessen. Die wesentlichen optischen Ausgangsgrößen sind auf zwei Arten definiert: Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e in mW/cm²) und Strahlstärke (I_E in mW/sr). Beide Parameter sind gebinnt, d.h. die Bauteile werden nach der Fertigung in Leistungsgruppen (BIN A, B, C, D) sortiert, wobei BIN D die höchste Ausgangsleistung repräsentiert. Die Peak-Emissionswellenlänge (λ_Peak) beträgt typischerweise 940 nm, was sie fest im nahen Infrarotspektrum verortet. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 50 nm und gibt die spektrale Bandbreite des emittierten Lichts an. Elektrisch liegt die Flussspannung (V_F) bei 20mA zwischen 1,2V und 1,6V, was die Behauptung des Niederspannungsbetriebs bestätigt. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 µA bei 5V Sperrspannung. Der Abstrahlwinkel (2θ_1/2) beträgt 40 Grad und definiert den Winkelbereich, in dem die Strahlstärke mindestens die Hälfte ihres Spitzenwertes beträgt.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Datenblatt verwendet eindeutig ein Leistungs-Binning-System für die Strahlungsleistung. Bauteile werden getestet und anhand ihrer gemessenen Apertur-Bestrahlungsstärke und Strahlstärke bei I_F = 20mA in vier Bins (A, B, C, D) kategorisiert. BIN A repräsentiert den unteren Ausgangsleistungsbereich, während BIN D die höchste garantierte Ausgangsleistung darstellt. Dieses System ermöglicht es Herstellern, konsistente Leistungsniveaus anzubieten, und Entwicklern, ein Bin auszuwählen, das genau den Empfindlichkeits- oder Reichweitenanforderungen ihrer Anwendung entspricht. Für diese spezifische Artikelnummer gibt es keine Hinweise auf Spannungs- oder Wellenlängen-Binning; Flussspannung und Peak-Wellenlänge werden als typische/maximale Bereiche ohne Bincodes angegeben.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere Diagramme, die das Verhalten des Bauteils unter variierenden Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Spektrale Verteilung (Abb.1)

Diese Kurve zeigt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt das Maximum bei 940 nm und die ungefähre spektrale Halbwertsbreite von 50 nm. Die Form ist typisch für eine auf AlGaAs basierende IR-LED.

4.2 Vorwärtsstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb.2)

Diese Entlastungskurve zeigt, wie der maximal zulässige Dauer-Vorwärtsstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Dies ist entscheidend für das Wärmemanagement-Design, um sicherzustellen, dass die Sperrschichttemperatur sichere Grenzwerte nicht überschreitet.

4.3 Vorwärtsstrom vs. Flussspannung (Abb.3)

Dies ist die standardmäßige I-V (Strom-Spannungs-) Kennlinie. Sie zeigt den exponentiellen Zusammenhang, wobei die Spannung mit steigendem Strom ansteigt. Die Kurve ermöglicht es Entwicklern, die notwendige Treiberspannung für einen gewünschten Betriebsstrom zu bestimmen.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur (Abb.4) & vs. Vorwärtsstrom (Abb.5)

Abbildung 4 veranschaulicht die Temperaturabhängigkeit der Lichtausbeute, die typischerweise eine Abnahme der Effizienz bei steigender Temperatur zeigt. Abbildung 5 zeigt, wie die optische Ausgangsleistung mit dem Vorwärtsstrom ansteigt, und hebt den nichtlinearen Zusammenhang hervor, insbesondere bei höheren Strömen, wo die Effizienz aufgrund von Erwärmung sinken kann.

4.5 Abstrahldiagramm (Abb.6)

Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Verteilung des emittierten Lichts visuell dar und bestätigt den 40-Grad-Abstrahlwinkel. Das Diagramm zeigt die relative Intensität in verschiedenen Winkeln von der Mittelachse (0°) aus.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Das Gehäuse ist ein Standard-LED-Typ mit Flansch. Zu den Hauptabmessungen gehört der Anschlussabstand, der dort gemessen wird, wo die Anschlüsse aus dem Gehäusekörper austreten. Ein Hinweis spezifiziert, dass der maximale Harzvorsprung unter dem Flansch 1,5 mm beträgt. Das Gehäuse wird als "klar transparent" beschrieben, was für die IR-Emission optimal ist. Die Polarität wird typischerweise durch den längeren Anschluss als Anode (+) und/oder eine Abflachung am Gehäuserand in der Nähe des Kathoden (-)-Anschlusses angezeigt, obwohl diese spezifische Markierung im bereitgestellten Text nicht detailliert beschrieben wird. Die Maßzeichnung (referenziert, aber im Text nicht enthalten) würde die exakte Länge, Breite und Höhe zeigen.

6. Löt- & Montagerichtlinien

Die primäre bereitgestellte Richtlinie ist der absolute Grenzwert für das Löten der Anschlüsse: 260°C für 5 Sekunden, gemessen 1,6 mm (0,063") vom Gehäusekörper entfernt. Dies ist ein kritischer Parameter für Wellenlöt- oder Handlötprozesse. Eine Überschreitung kann die interne Die-Attach-Verbindung oder das Epoxid-Gehäuse beschädigen. Für Reflow-Löten sollte ein Profil mit einer Spitzentemperatur unter 260°C und einer auf das Lotpaste abgestimmten Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur verwendet werden. Generell wird empfohlen, während der Handhabung übermäßige mechanische Belastung der Anschlüsse zu vermeiden. Die Lagerbedingungen sollten im spezifizierten Bereich von -55°C bis +100°C in einer trockenen Umgebung eingehalten werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarotbeleuchtung:Für CCTV-Kameras bei schlechten Lichtverhältnissen oder völliger Dunkelheit.
• Optische Sensoren:Als Lichtquelle in Annäherungssensoren, Objekterkennung und Linienfolgerobotern.
• Fernbedienungen:Zur Übertragung kodierter Signale an Fernseher, Klimaanlagen usw.
• Industrielle Datenverbindungen:Kurzstrecken-Freiraum-Optische Kommunikation in elektrisch gestörten Umgebungen.
• Biometrische Sensoren:Als Teil von Systemen zur Herzfrequenzmessung oder Fingerabdruckerkennung.

7.2 Designüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle, um ein Überschreiten des maximalen Dauerstroms zu verhindern, insbesondere angesichts der niedrigen V_F, die es leicht macht, übermäßigen Strom aus einer Spannungsquelle zu ziehen.
• Kühlkörper:Für Dauerbetrieb nahe dem Maximalstrom ist der Wärmepfad zu berücksichtigen. Der Flansch kann zur Montage auf einer Leiterplatte mit Wärmeleitungen oder einem Kühlkörper verwendet werden.
• Gepulster Betrieb:Um eine sehr hohe Spitzenausgangsleistung (für größere Reichweite) zu erreichen, nutzen Sie die gepulste Betriebsart-Spezifikation (2A Spitze). Stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung die erforderlichen kurzen, hochstromstarken Pulse liefern kann.
• Optisches Design:Kombinieren Sie die LED mit einer geeigneten Linse oder einem Reflektor, um den 40-Grad-Strahl gemäß den Anwendungsanforderungen zu kollimieren oder zu formen. Das klare Gehäuse ist mit Sekundäroptik kompatibel.
• ESD-Schutz:Obwohl nicht explizit angegeben, können IR-LEDs empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung sein. Die Implementierung standardmäßiger ESD-Vorsichtsmaßnahmen während der Handhabung und Schaltungsentwicklung wird empfohlen.

8. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Niedrigleistungs-IR-LEDs sind die Hauptunterscheidungsmerkmale des LTE-5228A seinehohe Stromfähigkeit (100mA Dauer, 2A gepulst) und seinerelativ niedrige Flussspannung. Diese Kombination ermöglicht eine höhere Strahlungsleistung ohne proportional höhere Verlustleistung durch übermäßigen Spannungsabfall. Der breite 40-Grad-Abstrahlwinkel ist größer als bei einigen fokussierten IR-Emittern und bietet gleichmäßigere Ausleuchtung für Flächenabdeckung anstelle von Fernerkundung. Das klare Gehäuse bietet im Vergleich zu getönten Gehäusen für sichtbare LEDs eine höhere Transmissionseffizienz für 940nm-Licht.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Die niedrige Flussspannung (max. 1,6V bei 20mA) bedeutet, dass eine direkte Verbindung die LED wahrscheinlich zerstören und möglicherweise den Mikrocontroller-Pin durch übermäßigen Strom beschädigen würde. Ein strombegrenzender Widerstand oder eine Treiberschaltung ist zwingend erforderlich.

F: Was ist der Unterschied zwischen Apertur-Bestrahlungsstärke und Strahlstärke?

A: Apertur-Bestrahlungsstärke (E_e) ist die Leistungsdichte (mW/cm²), die auf eine nahe und senkrecht zur LED platzierte Oberfläche trifft. Strahlstärke (I_E) ist die pro Raumwinkel emittierte Leistung (mW/sr) und beschreibt die inhärente Richtwirkung der Quelle. I_E ist nützlicher für die Berechnung der Beleuchtungsstärke in der Entfernung.

F: Wie wähle ich das korrekte Bin aus?

A: Wählen Sie basierend auf der Empfindlichkeit Ihres Systems. Wenn Ihr Empfänger ein minimales Signalniveau benötigt, wählen Sie ein Bin, das dieses Niveau bei Ihrem Betriebsstrom und Ihrer Entfernung garantiert. Höhere Bins (C, D) bieten mehr Ausgangsleistungsreserve.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Es hängt vom Betriebsstrom und der Umgebungstemperatur ab. Beim maximalen Dauerstrom (100mA) und erhöhter Umgebungstemperatur nähert sich die Verlustleistung (P = V_F * I_F) 160mW an, was den absoluten Maximalwert der Verlustleistung von 150mW überschreitet. Daher ist für Volllast-Dauerbetrieb ein Wärmemanagement über die Leiterplatten-Kupferfläche oder einen Kühlkörper notwendig. Für gepulsten Betrieb oder niedrigere Ströme ist es möglicherweise nicht erforderlich.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines Langstrecken-Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder-Aktivators:Ein PIR-Bewegungsmelder hat oft eine begrenzte Reichweite. Um seine Reichweite bei Nacht zu erweitern, kann ein IR-Strahler verwendet werden. Für diese Anwendung würde der LTE-5228A im gepulsten Modus betrieben werden. Eine Schaltung würde entworfen, um 1A-Pulse (innerhalb der 2A-Maximalgrenze) mit einem niedrigen Tastverhältnis (z.B. 1%) zu liefern, um die Durchschnittsleistung niedrig zu halten. Dieser hohe Spitzenstrom würde eine sehr hohe momentane optische Ausgangsleistung erzeugen und eine Szene in einer Entfernung von 20-30 Metern effektiv ausleuchten. Der breite 40-Grad-Winkel würde einen großen Bereich vor dem Sensor abdecken. Das klare Gehäuse stellt sicher, dass maximale Energie nach außen projiziert wird. Der Entwickler würde BIN D-LEDs für maximale Reichweite auswählen und die Entlastungskurven nutzen, um sicherzustellen, dass die Bauteiltemperatur in einem Außengehäuse stabil bleibt.

11. Funktionsprinzip

Der LTE-5228A ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, die seine Bandlückenenergie übersteigt, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs) bestimmt die Bandlückenenergie, die der Infrarotwellenlänge von 940 nm entspricht. Das klare Epoxid-Gehäuse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und wirkt als Linse, um den Ausgangsstrahl zu formen. Die Strahlungsleistung ist direkt proportional zur Rate der Ladungsträgerrekombination, die durch den Vorwärtsstrom gesteuert wird.

12. Technologietrends

Die Infrarot-Emitter-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zur sichtbaren LED-Technologie. Trends umfassen:

Erhöhte Effizienz:Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und -strukturen (z.B. Multi-Quantentöpfe), um mehr Photonen pro Einheit elektrischer Eingangsleistung zu extrahieren und die Wärmeentwicklung zu reduzieren.

Höhere Leistungsdichte:Verbesserungen im Packaging, um höhere Treiberströme zu handhaben und Wärme effektiver abzuführen, was kleinere Bauteile mit gleicher oder größerer Ausgangsleistung ermöglicht.

Integrierte Lösungen:Kombination des IR-Emitters mit einem Treiber-IC, einer Photodiode oder sogar einem Mikrocontroller in einem einzigen Modul für vereinfachtes Design in Sensoranwendungen.

Wellenlängendiversifizierung:Während 940nm üblich ist (unsichtbar, gut für Siliziumdetektoren), werden andere Wellenlängen wie 850nm (leicht sichtbares rotes Leuchten) oder 1050nm für spezifische Anwendungen wie Eye-Tracking oder längere atmosphärische Transmission verwendet.

Der LTE-5228A repräsentiert in dieser Landschaft eine ausgereifte, hochzuverlässige Komponente, die für robuste Leistung unter anspruchsvollen Bedingungen optimiert ist, anstatt an der absoluten Spitze der Effizienz zu stehen.