Infrarot-LED-Emitter LTE-3271B Datenblatt - 940nm Wellenlänge - Hoher Strom & Niedrige Flussspannung - 150mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTE-3271B ist eine hochleistungsfähige Infrarot (IR)-Leuchtdiode (LED), die für Anwendungen entwickelt wurde, die robuste und effiziente Infrarotbeleuchtung erfordern. Ihr Kernkonzept zielt darauf ab, eine hohe optische Ausgangsleistung bei gleichzeitig relativ niedriger Flussspannung zu liefern, was zur verbesserten Energieeffizienz im System beiträgt. Das Bauteil ist für hohe Pulsströme ausgelegt und eignet sich somit für anspruchsvolle Anwendungen wie Fernbedienungen, Annäherungssensoren, optische Schalter und Industrieautomatisierungssysteme, bei denen kurze, intensive IR-Lichtimpulse notwendig sind. Der Emitter arbeitet mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm, die im nahen Infrarotspektrum liegt und für das menschliche Auge weniger sichtbar ist als kürzere Wellenlängen, was die wahrgenommene Lichtverschmutzung in sensiblen Umgebungen reduziert.

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 bei oder nahe diesen Grenzen über längere Zeit wird nicht empfohlen. Zu den wichtigsten Grenzwerten gehören ein Dauerstrom (I_F) von 100mA und ein Spitzenstrom von 2A unter Pulsbedingungen (300 Pulse pro Sekunde, 10μs Pulsbreite). Die maximale Verlustleistung beträgt 150mW, was für das thermische Management entscheidend ist. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +85°C betrieben und von -55°C bis +100°C gelagert werden.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen von 25°C Umgebungstemperatur und einem Durchlassstrom von 20mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Die Leistung wird in verschiedene Binning-Klassen (A bis E) eingeteilt, eine gängige Praxis zur Sortierung von LEDs basierend auf ihren Ausgangseigenschaften.

• Strahlungsstärke (I_E):Dies misst die abgegebene optische Leistung pro Raumwinkeleinheit (Steradiant). Für Bin A beträgt der typische Wert 11,32 mW/sr, während Bin E eine höhere typische Ausgangsleistung von 12,37 mW/sr bietet. Dieser Parameter ist entscheidend für die Bestimmung der Intensität des IR-Strahls.
• Bestrahlungsstärke (E_e):Dies misst die auf eine Fläche einfallende Strahlungsleistung pro Flächeneinheit. Die Werte reichen von 0,8 mW/cm² (Min, Bin A) bis 1,65 mW/cm² (Typ, Bin E).
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):Die nominelle Spitzenwellenlänge beträgt 940nm, mit einer spektralen Halbwertsbreite (Δλ) von 50nm, die die Bandbreite des emittierten IR-Lichts definiert.
• Flussspannung (V_F):Der Spannungsabfall über der LED bei einem bestimmten Strom. Bei 50mA beträgt V_F typischerweise 1,6V (max. 1,85V). Bei einem höheren Treiberstrom von 500mA steigt V_F auf typische 2,3V (max. 2,3V). Die niedrige Flussspannung bei moderaten Strömen ist ein Schlüsselmerkmal, das zur Systemeffizienz beiträgt.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):Definiert als der volle Winkel, bei dem die Strahlungsstärke die Hälfte der maximalen Intensität (auf der Achse) beträgt. Dieses Bauteil hat einen großen Abstrahlwinkel von 50 Grad und bietet somit eine breite, diffuse Beleuchtung anstelle eines schmalen Strahls.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LTE-3271B verwendet ein Binning-System, das hauptsächlich auf der Strahlungsstärke (I_E) und der Bestrahlungsstärke (E_e) basiert. Die Klassen reichen von A bis E, wobei Klassen mit höheren Buchstaben im Allgemeinen eine höhere optische Ausgangsleistung anzeigen. Beispielsweise hat Bin A einen typischen I_E-Wert von 11,32 mW/sr, während Bin E 12,37 mW/sr aufweist. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die die spezifischen Helligkeitsanforderungen ihrer Anwendung erfüllen, und gewährleistet Konsistenz in Produktionschargen. Es ist wichtig, bei der Bestellung die erforderliche Binning-Klasse anzugeben, um das gewünschte Leistungsniveau zu garantieren.

4. Analyse der Kennlinien

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

4.1 Spektrale Verteilung (Abb. 1)

Diese Kurve zeigt die relative Strahlungsintensität in Abhängigkeit von der Wellenlänge. Sie bestätigt die Spitzenemission bei 940nm und die etwa 50nm spektrale Halbwertsbreite, was darauf hinweist, dass die LED Licht über ein Band von Infrarotwellenlängen um 940nm herum emittiert.

4.2 Durchlassstrom vs. Flussspannung (Abb. 3)

Diese I-V-Kennlinie ist nichtlinear, typisch für Dioden. Sie zeigt, wie die Flussspannung mit steigendem Durchlassstrom zunimmt. Die Kurve ist wesentlich für die Auslegung der strombegrenzenden Schaltung, um einen stabilen Betrieb ohne Überschreiten der Maximalwerte sicherzustellen.

4.3 Relative Strahlungsintensität vs. Durchlassstrom (Abb. 5)

Dieses Diagramm zeigt, dass die Lichtausgabe (relative Strahlungsintensität) mit dem Treiberstrom zunimmt. Die Beziehung ist jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen, aufgrund von Effizienzabfall und thermischen Effekten.

4.4 Relative Strahlungsintensität vs. Umgebungstemperatur (Abb. 4)

Diese Kurve veranschaulicht den negativen Temperaturkoeffizienten der LED-Ausgangsleistung. Mit steigender Umgebungstemperatur nimmt die Strahlungsstärke ab. Diese thermische Derating ist ein kritischer Faktor für Anwendungen, die in erhöhten Temperaturumgebungen arbeiten.

4.5 Strahlungsdiagramm (Abb. 6)

Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Lichtverteilung visuell dar und bestätigt den 50-Grad-Abstrahlwinkel. Die Intensität ist bei 0 Grad (auf der Achse) am höchsten und nimmt symmetrisch auf die Halbwertsleistung bei ±25 Grad ab.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein Standard-Durchsteckgehäuse. Wichtige Maßangaben sind: Alle Maße sind in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25mm. Die Anschlussdrähte sind dort beabstandet, wo sie aus dem Gehäusekörper austreten. Ein kleiner Harzvorsprung unter dem Flansch ist zulässig, mit einer maximalen Höhe von 1,5mm. Die physikalischen Abmessungen sind entscheidend für das PCB-Layout, um einen korrekten Sitz und Ausrichtung in der Zielanwendung sicherzustellen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Die absoluten Maximalwerte geben an, dass die Anschlüsse bei einer Temperatur von 260°C für eine Dauer von 5 Sekunden gelötet werden können, gemessen in einem Abstand von 1,6mm vom Gehäusekörper. Dies ist ein Standardwert für Wellen- oder Handlötprozesse. Es ist zwingend erforderlich, sich an diese Grenze zu halten, um thermische Schäden am internen Halbleiterchip und dem Epoxid-Linsenmaterial zu verhindern. Während des Reflow-Lötens (falls für eine SMD-Variante anwendbar, obwohl es sich hier um ein Durchsteckbauteil handelt) ist ein Profil erforderlich, das ein Überschreiten dieser Temperatur an der Lötstelle vermeidet. Während der Montage sollten stets geeignete ESD-Schutzmaßnahmen (Elektrostatische Entladung) befolgt werden.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Bauteile sind in Beuteln verpackt. Jeder Beutel enthält 1000 Stück (Stk./Beutel). Diese Beutel werden dann in Innenkartons verpackt, mit 8 Beuteln pro Innenkarton. Schließlich werden 8 Innenkartons in einen Außenkarton gepackt. Die Gesamtmenge pro Versandkarton beträgt somit 64.000 Stück (1000 Stk./Beutel * 8 Beutel/Karton * 8 Kartons/Außen = 64.000 Stk.). Die Artikelnummer ist LTE-3271B. Die spezifische Binning-Klasse (A, B, C, D oder E) muss als Teil des Bestellcodes angegeben werden, um das gewünschte Leistungsniveau zu erhalten.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungen:Die hohe Pulsstromfähigkeit und die 940nm Wellenlänge machen sie ideal für die Übertragung codierter Signale an Fernseher, Audiosysteme und andere Geräte.
• Annäherungs- und Präsenzerkennung:In Kombination mit einem Fotodetektor kann sie in automatischen Wasserhähnen, Händetrocknern, Sicherheitssystemen und zur Objekterkennung eingesetzt werden.
• Optische Schalter und Encoder:Wird zur Erstellung von Unterbrechungs- oder Reflexionssensoren für Zähl-, Positions- und Geschwindigkeitsmessungen verwendet.
• Industrieautomatisierung:Für Beleuchtung in der Bildverarbeitung, Barcode-Scannen und Ausrichtsysteme in der Fertigung.
• Nachtbeleuchtung:Bietet verdeckte Beleuchtung für Sicherheitskameras, die mit IR-empfindlichen Sensoren ausgestattet sind.

8.2 Designüberlegungen

• Stromtreiber:Immer einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung verwenden. Der Wert sollte basierend auf der Versorgungsspannung, dem gewünschten Durchlassstrom (I_F) und der Flussspannung (V_F) aus dem Datenblatt berechnet werden, wobei deren Variation mit Strom und Temperatur zu berücksichtigen ist.
• Thermisches Management:Obwohl die Verlustleistung maximal 150mW beträgt, ist eine ausreichende Kühlung oder Luftströmung wichtig, insbesondere bei Betrieb mit hohen Dauerströmen oder in hohen Umgebungstemperaturen, um Leistung und Lebensdauer aufrechtzuerhalten.
• Optisches Design:Der große 50-Grad-Abstrahlwinkel bietet diffuses Licht. Für Anwendungen, die einen stärker fokussierten Strahl erfordern, können sekundäre Optiken (Linsen) notwendig sein.
• Binning-Auswahl:Wählen Sie die geeignete Intensitätsklasse, um die optischen Leistungsanforderungen Ihrer Empfängerschaltung zu erfüllen, und berücksichtigen Sie dabei Spielraum aufgrund von Temperatureffekten und Alterung.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die LTE-3271B differenziert sich auf dem Markt durch ihre Kombination aushoher Stromtragfähigkeit(2A Puls, 100mA Dauer) undniedrigen Flussspannungs-eigenschaften. Diese Kombination ermöglicht es ihr, hohe optische Leistungsimpulse zu liefern, während gleichzeitig der Leistungsverlust und die Wärmeentwicklung in der Treiberschaltung im Vergleich zu Emittern mit höherer V_F minimiert werden. Der große Abstrahlwinkel ist ein weiteres Schlüsselunterscheidungsmerkmal, das sie für Anwendungen geeignet macht, die Flächenbeleuchtung anstelle eines Punktstrahls erfordern. Ihre 940nm Wellenlänge ist ein Standard für Unterhaltungselektronik und bietet eine gute Balance zwischen der Empfindlichkeit von Siliziumdetektoren und geringer Sichtbarkeit.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Strahlungsstärke und Bestrahlungsstärke?
A: Strahlungsstärke (I_E) misst Leistung pro Raumwinkel (Richtwirkung). Bestrahlungsstärke (E_e) misst Leistung pro Flächeneinheit an einer bestimmten Entfernung/Position.I_E ist relevanter für die Charakterisierung der Quelle selbst, während E_e nützlich ist, um die Bestrahlungsstärke auf einer Zielfläche zu berechnen.

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Logikausgang ansteuern?
A: Nein. Sie müssen einen Strombegrenzungswiderstand verwenden. Zum Beispiel, bei einer 5V-Versorgung, einer typischen V_F von 1,6V bei 20mA, wäre der erforderliche Widerstand R = (5V - 1,6V) / 0,02A = 170 Ohm. Ein Standard-180-Ohm-Widerstand wäre geeignet.

F: Warum nimmt die Ausgangsleistung mit der Temperatur ab?
A: Dies ist auf mehrere Halbleiterphysik-Effekte zurückzuführen, einschließlich erhöhter nichtstrahlender Rekombination und Änderungen der internen Quanteneffizienz. Ein ordnungsgemäßes thermisches Design ist wesentlich, um eine konsistente Leistung aufrechtzuerhalten.

F: Was bedeutet das "Binning"-System für mein Design?
A: Binning stellt sicher, dass Sie LEDs mit konsistenter optischer Leistung erhalten. Wenn Ihre Schaltung für ein bestimmtes Lichtniveau kalibriert ist, gewährleistet die Angabe einer Klasse (z.B. Bin C), dass jede verwendete LED eine Ausgangsleistung innerhalb des Min/Max-Bereichs für diese Klasse hat, was die Bauteil-zu-Bauteil-Variation in Ihrem Endprodukt reduziert.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Fall: Entwicklung einer Infrarot-Fernbedienung mit großer Reichweite.Das Ziel ist eine zuverlässige Betriebsreichweite von 15 Metern. Der Entwickler wählt die LTE-3271B in Bin E für maximale Strahlungsstärke. Die Treiberschaltung verwendet einen Mikrocontroller zur Erzeugung modulierter Datenpulse. Um eine hohe momentane Helligkeit für große Reichweite zu erreichen, wird die LED mit kurzen, hochstromstarken Pulsen (z.B. 1A-Pulse mit 10μs Breite, innerhalb des 2A-Ratings) angetrieben, anstatt mit einem niedrigeren Dauerstrom. Ein Transistorschalter wird verwendet, um den hohen Pulsstrom zu handhaben. Der große Abstrahlwinkel der LED hilft, leichte Fehlausrichtungen zwischen Fernbedienung und Empfänger auszugleichen. Die niedrige Flussspannungseigenschaft trägt zur Schonung der Batterielebensdauer in der handgehaltenen Fernbedienungseinheit bei.

12. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-LED ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Flussspannung angelegt wird, werden Elektronen aus der n-Region und Löcher aus der p-Region in den Übergangsbereich injiziert. Wenn diese Ladungsträger rekombinieren, wird Energie freigesetzt. In diesem spezifischen Bauteil ist das Halbleitermaterial (typischerweise basierend auf Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs) so ausgelegt, dass diese Energie hauptsächlich als Photonen von Licht im Infrarotspektrum mit einer Spitzenwellenlänge von 940 Nanometern freigesetzt wird. Die Intensität des emittierten Lichts ist direkt proportional zur Rate der Ladungsträgerrekombination, die durch den durch die Diode fließenden Durchlassstrom gesteuert wird.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der IR-Emitter-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr optische Ausgangsleistung pro elektrischem Watt Eingang), höherer Leistungsdichte und erhöhter Zuverlässigkeit. Dies wird vorangetrieben durch Fortschritte in der epitaktischen Wachstumstechnik, verbesserter interner Quanteneffizienz und besserem thermischen Management innerhalb des Gehäuses. Es gibt auch laufende Entwicklungen bei Mehrwellenlängen- und Breitband-IR-Quellen für fortschrittliche Sensoranwendungen wie Spektroskopie und Gasdetektion. Darüber hinaus ist die Integration von Treibern und Steuerlogik direkt mit dem Emitterchip (intelligente LEDs) ein aufkommender Trend zur Vereinfachung des Systemdesigns. Die LTE-3271B, mit ihrem Fokus auf hohen Strom und niedrige Spannung, entspricht dem Effizienztrend für batteriebetriebene und energiebewusste Anwendungen.