Infrarot-LED-Emitter LTE-3271BL Datenblatt - Hochleistung - Blaues Gehäuse - 940nm Wellenlänge - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTE-3271BL ist eine Hochleistungs-Infrarot-LED (IR-LED), die für Anwendungen konzipiert ist, die eine robuste optische Ausgangsleistung erfordern. Ihr zentrales Designkonzept zielt darauf ab, eine hohe Strahlungsintensität bei gleichzeitig hoher Betriebseffizienz zu liefern, insbesondere unter Hochstrom- und Pulsbetriebsbedingungen. Das Bauteil ist in einem markanten blau-transparenten Gehäuse untergebracht, was die visuelle Identifikation während des Bestückungs- und Inspektionsprozesses erleichtern kann.

Die primären Zielmärkte für diese Komponente umfassen die industrielle Automatisierung, Sicherheitssysteme (z.B. Beleuchtung für Überwachungskameras), optische Sensoren und Kommunikationssysteme, die Infrarotsignale nutzen. Ihre Fähigkeit, hohe Spitzenstromimpulse zu verarbeiten, macht sie geeignet für Pulsbetriebsszenarien, wie sie bei Entfernungsmessung, Objekterkennung und Datenübertragung üblich sind.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb an oder nahe diesen Grenzen wird für längere Zeit nicht empfohlen.

• Verlustleistung (P_D):150 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieses Grenzwerts birgt das Risiko eines thermischen Durchgehens und eines Ausfalls.
• Spitzen-Strom in Durchlassrichtung (I_FP):2 A. Dies ist der maximal zulässige momentane Strom in Durchlassrichtung, spezifiziert unter Pulsbedingungen von 300 Pulsen pro Sekunde (pps) mit einer Pulsbreite von 10 µs. Dieser Wert ist entscheidend für gepulste IR-Anwendungen wie Fernbedienungen oder Näherungssensoren.
• Dauerstrom in Durchlassrichtung (I_F):100 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann, ohne die Verlustleistungsgrenze zu überschreiten.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Betriebs- & Lagertemperatur:-40°C bis +85°C bzw. -55°C bis +100°C. Diese Bereiche gewährleisten einen zuverlässigen Betrieb unter rauen Umgebungsbedingungen.
• Löt-Temperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden in einem Abstand von 1,6mm vom Gehäuse. Dies definiert die thermische Belastbarkeit während der Bestückung.

2.2 Elektro-optische Kenngrößen

Diese Parameter, gemessen bei T_A=25°C, definieren die Leistung des Bauteils unter typischen Betriebsbedingungen.

• Strahlungsintensität (I_E):Dies ist der zentrale optische Ausgangsparameter, gemessen in Milliwatt pro Steradiant (mW/sr). Das Bauteil wird anhand dieses Wertes bei I_F= 100mA in Binning-Klassen (B, C, D, E) sortiert, mit Mindestwerten von 30 mW/sr (BIN B) bis 62 mW/sr (BIN E). Dieses Binning ermöglicht eine Auswahl basierend auf der erforderlichen Ausgangsleistung.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):940 nm. Dies platziert die LED im nahen Infrarotbereich, für das menschliche Auge unsichtbar, aber für Silizium-Fotodioden und viele Bildsensoren detektierbar.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):50 nm (typisch). Dies gibt die spektrale Bandbreite an; eine schmalere Breite würde eine monochromatischere Quelle bedeuten.
• Durchlassspannung (V_F):Wird unter zwei Bedingungen angegeben: 1,6V typisch bei 50mA und 2,3V typisch bei 500mA. Der Anstieg mit dem Strom ist auf den internen Serienwiderstand der Diode zurückzuführen. Die niedrige V_Fträgt zu einer höheren elektrischen Effizienz bei.
• Sperrstrom (I_R):100 µA maximal bei V_R=5V. Dies ist der Leckstrom, wenn das Bauteil in Sperrrichtung vorgespannt ist.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):50 Grad (typisch). Dies ist der volle Winkel, bei dem die Strahlungsintensität auf die Hälfte ihres Maximalwerts (auf der Achse) abfällt. Ein großer Abstrahlwinkel ist vorteilhaft für Anwendungen, die eine großflächige Ausleuchtung erfordern.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Die LTE-3271BL verwendet ein leistungsbasiertes Binning-System, primär für dieStrahlungsintensität. Dies ist ein entscheidendes Merkmal für Qualitätskontrolle und Auswahl.

• BIN B:Mindest-Strahlungsintensität von 30 mW/sr bei I_F=100mA.
• BIN C:Mindest-Strahlungsintensität von 44 mW/sr bei I_F=100mA.
• BIN D:Mindest-Strahlungsintensität von 52 mW/sr bei I_F=100mA.
• BIN E:Mindest-Strahlungsintensität von 62 mW/sr bei I_F=100mA.

Dieses System ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die eine Mindestoptikleistung für ihre Anwendung garantieren, und sorgt so für Konsistenz in der Systemleistung, insbesondere in der Serienfertigung. In diesem Datenblatt wird kein Binning für die Durchlassspannung oder die Spitzenwellenlänge angegeben; diese Parameter werden als typische/maximale Werte angegeben.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils über die tabellarischen Ein-Punkt-Spezifikationen hinaus 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 Kurvenform ist typisch für eine auf AlGaAs basierende IR-LED.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (Abb. 3)

Dies ist die grundlegende I-V-Kennlinie. Sie zeigt die exponentielle Beziehung bei niedrigen Strömen, die bei höheren Strömen aufgrund des Serienwiderstands in eine eher lineare Beziehung übergeht. Entwickler nutzen dies, um die erforderliche Treiberspannung für einen Ziel-Betriebsstrom zu bestimmen.

4.3 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur (Abb. 2)

Diese Entlastungskennlinie ist entscheidend für das thermische Management. Sie zeigt, wie der maximal zulässige Dauerstrom in Durchlassrichtung mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Bei 85°C ist der maximale I_Fdeutlich niedriger als der Nennwert von 100mA bei 25°C. Die Nichteinhaltung dieser Kurve kann zu Überhitzung führen.

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

Abbildung 4 zeigt, dass die optische Ausgangsleistung mit steigender Temperatur abnimmt (ein negativer Temperaturkoeffizient), ein bei LEDs übliches Merkmal. Abbildung 5 zeigt, dass die Ausgangsleistung bei niedrigen Strömen überlinear mit dem Strom ansteigt und bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und des Efficiency Droop zur Sättigung tendiert.

4.5 Strahlungsdiagramm (Abb. 6)

Dieses Polardiagramm stellt die räumliche Lichtverteilung (Abstrahlwinkel) visuell dar. Die konzentrischen Kreise repräsentieren die relative Intensität (von 0 bis 1,0). Das Diagramm bestätigt den ungefähren Halbwinkel von 50 Grad und zeigt ein gleichmäßiges, breites Strahlprofil, das für die Flächenausleuchtung geeignet ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Das Bauteil verwendet ein Standard-LED-Gehäuseformat mit einem Flansch für mechanische Stabilität und Wärmeableitung.

• Gehäusetyp:Blau-transparentes Epoxidharz.
• Anschlussbeschichtung:Verzinnt, bietet gute Löteigenschaften.
• Verpackung:Geliefert in Ammo-Pack (geprägte Trägerfolie) für die automatisierte Bestückung.
• Wichtige Maßtoleranzen:Die Gesamtabmessungen haben eine Toleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten. Ein maximaler Harzüberstand von 1,5mm unter dem Flansch ist zulässig.
• Polaritätskennzeichnung:Typischerweise kennzeichnet der längere Anschluss die Anode (+). Zur eindeutigen Identifikation sollte das Diagramm im Datenblatt konsultiert werden, oft angezeigt durch eine Abflachung oder eine Kerbe am Gehäuse.

6. Löt- und Bestückungsrichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung ist entscheidend für die Zuverlässigkeit.

• Reflow-Löten:Obwohl keine spezifischen Profildetails angegeben sind, muss der absolute Grenzwert für das Löten der Anschlüsse (260°C für 5s bei 1,6mm Abstand vom Gehäuse) eingehalten werden. Ein Standard-bleifreies Reflow-Profil mit einer Spitzentemperatur unter 260°C ist generell anwendbar, aber die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur sollte minimiert werden.
• Handlöten:Verwenden Sie eine temperaturgeregelte Lötspitze. Erwärmen Sie den Anschluss, nicht das Gehäuse, und schließen Sie die Lötstelle innerhalb von 3 Sekunden ab.
• ESD-Vorsichtsmaßnahmen:Obwohl nicht explizit angegeben, sind LEDs Halbleiterbauelemente und sollten mit den üblichen ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Schutz vor elektrostatischer Entladung) behandelt werden.
• Lagerbedingungen:Lagern Sie im spezifizierten Temperaturbereich (-55°C bis +100°C) in einer trockenen, nicht korrosiven Umgebung. Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile sollten für das Reflow-Löten in versiegelten Beuteln mit Trockenmittel aufbewahrt werden.

7. Anwendungsvorschläge

7.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Beleuchtung:Für CCTV-Kameras bei schlechten Lichtverhältnissen oder völliger Dunkelheit. Der große Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung.
• Optische Sensoren:Verwendung als Lichtquelle in Näherungssensoren, Objektzählern und Füllstandssensoren.
• Datenübertragung:Geeignet für kurze Sichtverbindungs-IR-Datenlinks (z.B. Fernbedienungen, IrDA), insbesondere im gepulsten Betrieb mit ihrem hohen Spitzenstrom.
• Industrielle Automatisierung:Beleuchtung für Maschinenvision, Positionserfassung und Emitter für Lichtschranken.

7.2 Design-Überlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie stets einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine Konstantstrom-Treiberschaltung. Die niedrige Durchlassspannung bedeutet, dass sie durch direkten Anschluss an eine Spannungsquelle leicht beschädigt werden kann.
• Thermisches Management:Für Dauerbetrieb bei hohen Strömen (z.B. >70mA) beachten Sie die Entlastungskennlinie (Abb. 2). Eine ausreichende Kupferfläche auf der Leiterplatte (Thermal Pad), die mit den Anschlüssen verbunden ist, kann bei der Wärmeableitung helfen.
• Pulsbetrieb:Für den Pulsbetrieb bis zu 2A stellen Sie sicher, dass die Treiberschaltung den erforderlichen Spitzenstrom mit schnellen Anstiegs-/Abfallzeiten liefern kann. Das Tastverhältnis muss niedrig genug sein, um die durchschnittliche Verlustleistung innerhalb der Grenzwerte zu halten.
• Optisches Design:Der große Abstrahlwinkel kann für Langstreckenanwendungen Linsen oder Reflektoren zur Kollimation des Strahls erfordern. Das blaue Gehäuse filtert das IR-Licht nicht; es ist für 940nm transparent.

8. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der LTE-3271BL in ihrer Klasse sind die Kombination aushoher Strahlungsintensität(bis zu BIN E: 62 mW/sr min.) undhoher Spitzenstromfähigkeit(2A). Viele Standard-IR-LEDs bieten niedrigere Spitzenstromwerte (z.B. 1A oder weniger). Dies macht sie besonders stark in Anwendungen, die helle, gepulste IR-Blitzlichter erfordern. Der große 50-Grad-Abstrahlwinkel ist ebenfalls breiter als bei einigen Wettbewerbern, die auf fokussiertere Strahlen abzielen, was ihr einen Vorteil bei Flächenausleuchtungsaufgaben verschafft. Die niedrige Durchlassspannung trägt im Vergleich zu Bauteilen mit höherer V_Fbei ähnlichen Strömen zu einer besseren Leistungseffizienz bei.

9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F1: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?

A: Nein. Ein Mikrocontroller-Pin liefert typischerweise 20-40mA. Selbst wenn er 100mA liefern könnte, beträgt die Durchlassspannung der LED nur ~1,6-2,3V. Ein direkter Anschluss würde versuchen, übermäßigen Strom zu ziehen und sowohl die LED als auch den Mikrocontroller beschädigen. Verwenden Sie stets eine Treiberschaltung (Transistor/MOSFET) mit einem strombegrenzenden Widerstand.

F2: Was ist der Unterschied zwischen BIN B und BIN E?

A: BIN E garantiert mindestens die doppelte minimale Strahlungsintensität von BIN B (62 vs. 30 mW/sr bei 100mA). Das bedeutet, dass ein BIN-E-Bauteil unter denselben elektrischen Bedingungen einen deutlich helleren Infrarotstrahl erzeugt. BIN-E-Teile werden typischerweise für Anwendungen ausgewählt, die maximale Reichweite oder Signalstärke erfordern.

F3: Wie nutze ich den Spitzenstrom von 2A?

A: Dieser Wert gilt nur für den Pulsbetrieb (300pps, 10µs Pulsbreite). Der Durchschnittsstrom muss weiterhin den Grenzwerten für Dauerstrom und Verlustleistung entsprechen. Beispielsweise hat ein 2A-Puls bei 10µs und 300Hz ein Tastverhältnis von 0,3% und einen Durchschnittsstrom von nur 6mA, was deutlich innerhalb der Grenzen liegt. Dies ermöglicht sehr helle, kurze Pulse für die Fernerkennung.

F4: Warum ist das Gehäuse blau, wenn es Infrarotlicht emittiert?

A: Der blaue Farbstoff im Epoxidharz ist für das 940nm-Infrarotlicht, das vom Halbleiterchip im Inneren erzeugt wird, transparent. Die Farbe dient der visuellen Identifikation durch den Menschen und dem Branding; sie beeinflusst nicht die optische Ausgangswellenlänge.

10. Praktisches Anwendungsbeispiel

Entwurf eines Langstrecken-Passiv-Infrarot (PIR)-Sensor-Auslösebeleuchters:

Ein Sicherheitssystem verwendet einen PIR-Bewegungsmelder, der bei Tageslicht eine Reichweite von 15 Metern hat, aber bei völliger Dunkelheit nur 5 Meter. Um die Nachtreichweite zu erweitern, wird ein IR-Illuminator hinzugefügt.

1. Bauteilauswahl:Die LTE-3271BL (BIN E) wird aufgrund ihrer hohen Strahlungsintensität gewählt, um sicherzustellen, dass genügend IR-Licht entfernte Objekte erreicht.

2. Schaltungsdesign:Die LED wird von einem MOSFET-Schalter angesteuert, der vom System-Mikrocontroller gesteuert wird. Ein Reihenwiderstand setzt den Dauerstrom für die allgemeine Flächenbeleuchtung auf 80mA. Für einen "Boost"-Modus bei Erkennung potenzieller Bewegung pulst der Mikrocontroller die LED mit 1,5A (innerhalb des 2A-Grenzwerts), einer Pulsbreite von 20µs und einer Frequenz von 100Hz, wodurch die momentane Beleuchtung für die Sensor-Bestätigung dramatisch erhöht wird.

3. Thermisches Design:Die Leiterplatte enthält eine großzügige Kupferfläche, die mit dem Kathodenanschluss der LED verbunden ist und als Kühlkörper dient. Dies stellt sicher, dass der 80mA-Dauerbetrieb bei der erwarteten maximalen Umgebungstemperatur von 60°C innerhalb des entlasteten Stromgrenzwerts bleibt.

4. Optisches Ergebnis:Der große 50-Grad-Abstrahlwinkel der LED deckt das Sichtfeld des Sensors angemessen ab und stellt die Nachterkennungsreichweite des Systems erfolgreich auf 15 Meter wieder her.

11. Funktionsprinzip

Die LTE-3271BL ist ein Halbleiter-Photonikbauteil. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Sperrschichtspannung (V_F) überschreitet, werden Elektronen über den pn-Übergang injiziert. Diese Elektronen rekombinieren mit Löchern im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (typischerweise Aluminiumgalliumarsenid - AlGaAs). Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der AlGaAs-Legierung ist so ausgelegt, dass die Energiebandlücke einer Photonenwellenlänge von etwa 940 Nanometern entspricht, die im nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Das erzeugte Licht wird durch das transparente Epoxidharzgehäuse emittiert. Die Strahlungsintensität steht in direktem Zusammenhang mit der Rate der Ladungsträgerrekombination, die proportional zum Durchlassstrom (I_F) ist.

12. Technologietrends

Die Infrarot-Emitter-Technologie entwickelt sich weiter, parallel zu den allgemeineren Trends bei LEDs und Optoelektronik. Wichtige Richtungen sind:

Erhöhte Effizienz:Die Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung der Wandsteckereffizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein) von IR-LEDs, um die Wärmeentwicklung und den Stromverbrauch für batteriebetriebene Geräte zu reduzieren.

Höhere Leistungsdichte:Die Entwicklung von Chip-Scale-Packages und fortschrittlichen thermischen Management-Materialien ermöglicht höhere Dauer- und Pulsleistungen bei kleineren Bauformen.

Integrierte Lösungen:Es gibt einen Trend dahin, den IR-Emitter mit einer Treiber-IC, einer Fotodiode oder sogar einem Mikrocontroller in einem einzigen Modul zu kombinieren, was das Systemdesign für intelligente Sensoren und IoT-Geräte vereinfacht.

Wellenlängenpräzision & Vielfalt:Während 940nm üblich ist (um spektrale Sonnenpeaks zu vermeiden und Störungen durch Umgebungslicht zu reduzieren), gewinnen Emitter bei 850nm (oft mit leicht sichtbarem Rotlicht) und längeren Wellenlängen wie 1050nm oder 1550nm für spezifische Anwendungen wie augensichere LiDAR oder Gasdetektion an Bedeutung. Das grundlegende Funktionsprinzip bleibt gleich, aber Fortschritte in der Materialwissenschaft ermöglichen diese neuen Wellenlängen und verbesserten Leistungsmerkmale.