IR3494-30C/H80/L419 Infrarot-LED Datenblatt - 4mm T-1 3/4 Gehäuse - Wellenlänge 940nm - Durchlassspannung 1,2V - Strahlungsstärke 3,5mW/sr - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die IR3494-30C/H80/L419 ist eine hochintensive Infrarot-Emissionsdiode für Anwendungen, die zuverlässige und effiziente Infrarotlichtemission erfordern. In einem wasserklaren Kunststoffgehäuse vergossen, ist dieses Bauteil für konsistente Leistung in einem kompakten T-1 3/4 (4mm) Formfaktor ausgelegt. Ihre Hauptfunktion ist die Emission von Infrarotstrahlung mit einer Spitzenwellenlänge von 940nm, was sie spektral mit gängigen Fototransistoren, Fotodioden und Infrarot-Empfängermodulen kompatibel macht. Das Bauteil verfügt über einen Standard-Anschlussabstand von 2,54mm für eine einfache Integration in Standard-Leiterplattenlayouts.

2. Hauptmerkmale und Vorteile

Die Kernvorteile dieser Komponente ergeben sich aus ihrem Design und der Materialauswahl. Sie bietet hohe Zuverlässigkeit, was für Langzeitanwendungen entscheidend ist. Die hohe Strahlungsstärke gewährleistet eine starke Signalübertragung und verbessert die Betriebsreichweite und das Signal-Rausch-Verhältnis in Sensorsystemen. Eine niedrige Durchlassspannung trägt zur Gesamtenergieeffizienz des Systems bei. Darüber hinaus ist die Komponente umweltkonform, bleifrei (Pb-frei) und entspricht den RoHS-Konformitätsstandards.

3. Absolute Grenzwerte

Ein Betrieb des Bauteils außerhalb dieser Grenzwerte kann dauerhafte Schäden verursachen. Die Grenzwerte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):100 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):1,0 A (Pulsbreite ≤100μs, Tastverhältnis ≤1%)
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C
• Löttemperatur (T_sol):260°C (für ≤5 Sekunden)
• Verlustleistung (P_d):180 mW (bei oder unter 25°C freier Lufttemperatur)

4. Elektro-optische Kennwerte

Die folgenden Parameter definieren die Leistung des Bauteils unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C). Typische Werte repräsentieren die häufigste Leistung, während Mindest- und Höchstwerte den zulässigen Bereich definieren.

4.1 Strahlungs- und Spektraleigenschaften

• Strahlungsstärke (I_e):2,5 mW/sr (Min), 3,5 mW/sr (Typ), 5,5 mW/sr (Max) bei I_F=20mA. Im Pulsbetrieb (I_F=250mA, f=60Hz, 50% Tastverhältnis) beträgt die typische Strahlungsstärke 40 mW/sr.
• Spitzenwellenlänge (λ_p):940 nm (Typisch) bei I_F=20mA.
• Spektrale Bandbreite (Δλ):50 nm (Typisch) bei I_F=20mA, definiert die spektrale Breite bei halber maximaler Intensität.

4.2 Elektrische Eigenschaften

• Durchlassspannung (V_F):
  • Bei I_F=20mA: 1,10V (Min), 1,20V (Typ), 1,50V (Max)
  • Bei I_F=100mA: 1,20V (Min), 1,30V (Typ), 1,70V (Max)
• Sperrstrom (I_R):10 μA (Maximal) bei V_R=5V.

4.3 Abstrahlwinkel

Die räumliche Verteilung des emittierten Lichts ist nicht gleichmäßig. Der Abstrahlwinkel, definiert als der volle Winkel bei halber maximaler Strahlungsstärke (2θ_1/2), beträgt:

• Das Diagramm stellt die relative Strahlungsstärke über der Wellenlänge dar, zentriert um den 940nm-Peak. Es bestätigt visuell die typische Bandbreite von 50nm und zeigt, dass der Großteil der optischen Leistung zwischen etwa 915nm und 965nm konzentriert ist. Diese schmale Bandbreite ist vorteilhaft, um Umgebungslichtrauschen herauszufiltern.95 Grad (Typisch)
• Y-Position:45 Grad (Typisch)

Dies weist auf ein asymmetrisches Abstrahlverhalten hin, was ein kritischer Faktor im optischen Systemdesign für die Ausrichtung des Emitters auf einen Empfänger ist.

5. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere charakteristische Kurven, die für detaillierte Designarbeiten wesentlich sind.

5.1 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Diese Kurve zeigt die Reduzierung des maximal zulässigen Durchlassstroms bei steigender Umgebungstemperatur. Um Überhitzung zu verhindern und die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der Durchlassstrom bei Betrieb über 25°C reduziert werden.

5.2 Spektrale Verteilung

The graph plots relative radiant intensity against wavelength, centered around the 940nm peak. It visually confirms the 50nm typical bandwidth, showing that most of the optical power is concentrated between approximately 915nm and 965nm. This narrow bandwidth is beneficial for filtering out ambient light noise.

5.3 Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom

Dies ist eine entscheidende Beziehung, die zeigt, dass die Strahlungsstärke mit dem Durchlassstrom zunimmt, jedoch nicht unbedingt perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte. Die Kurve ermöglicht es Designern, einen Betriebsstrom auszuwählen, der die erforderliche optische Ausgangsleistung liefert.

5.4 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung

Diese IV-Kennlinie ist grundlegend für den Entwurf der Treiberschaltung. Sie zeigt die exponentielle Beziehung und hilft, die erforderliche Spannungsreserve für einen Konstantstromtreiber zu bestimmen oder Vorwiderstandswerte für eine spannungsgesteuerte Schaltung zu berechnen.

5.5 Relative Strahlungsstärke vs. Winkelabweichung

Separate Kurven für die X- und Y-Position veranschaulichen den asymmetrischen Abstrahlwinkel. Die Intensität fällt in der X-Ebene bei ±47,5 Grad und in der Y-Ebene bei ±22,5 Grad auf die Hälfte des Maximalwerts. Dieses Muster muss bei der Ausrichtung der LED auf einen Sensor berücksichtigt werden, um eine optimale Signalstärke zu gewährleisten.

6. Mechanische und Gehäuseinformationen

6.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil verwendet ein Standard-T-1 3/4 (4mm Durchmesser) Rundgehäuse. Die technische Zeichnung liefert alle kritischen Abmessungen einschließlich Gehäusedurchmesser, Linsenform, Anschlussdrahtdurchmesser und Anschlussabstand. Wichtige Hinweise spezifizieren, dass alle Abmessungen in Millimetern angegeben sind und Standardtoleranzen ±0,25mm betragen, sofern nicht anders angegeben. Die genaue mechanische Zeichnung ist wesentlich für die Erstellung genauer Leiterplatten-Footprints und die Gewährleistung einer korrekten Platzierung in Baugruppen.

6.2 Polaritätskennzeichnung

Infrarot-LEDs sind polarisierte Bauteile. Die Datenblattzeichnung kennzeichnet die Kathode, typischerweise durch eine Abflachung am Gehäuserand oder einen kürzeren Anschlussdraht identifiziert. Die korrekte Polarität muss während der Montage beachtet werden, um einen Bauteilausfall zu verhindern.

7. Löt- und Montagerichtlinien

Der absolute Grenzwert für die Löttemperatur beträgt 260°C für eine Dauer von maximal 5 Sekunden. Dies ist typisch für Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Die Einhaltung dieser Grenzwerte ist entscheidend, um thermische Schäden am Kunststoffgehäuse und dem internen Halbleiterchip zu verhindern. Standardverfahren der Industrie für den Umgang mit feuchtigkeitsempfindlichen Bauteilen sollten, falls zutreffend, befolgt werden.

8. Verpackungs- und Bestellinformationen

Die Standardverpackungsspezifikation lautet wie folgt: 500 Stück pro Beutel, 5 Beutel pro Karton und 10 Kartons pro Versandkarton. Das Etikett auf der Verpackung enthält mehrere Codes für Rückverfolgbarkeit und Spezifikation:

• CPN:Kundenteilenummer
• P/N:Produktionsnummer (Herstellertypnummer)
• QTY:Im Paket enthaltene Menge
• CAT:Ränge oder Leistungsklassen (z.B. für Strahlungsstärke)
• HUE:Kennzeichnet die Spitzenwellenlängenklasse.
• REF:Referenzcode.
• LOT No:Losnummer für die Fertigungsrückverfolgbarkeit.

9. Anwendungsvorschläge

9.1 Typische Anwendungsszenarien

• Infrarot-Fernbedienungen:Ihre hohe Strahlungsstärke macht sie geeignet für Fernbedienungen, die eine größere Reichweite oder stärkere Signaldurchdringung erfordern.
• Freistrahl-Übertragungssysteme:Verwendung in Kurzstrecken-Datenverbindungen, Annäherungssensoren und Objekterkennung, bei denen ein Infrarotstrahl moduliert wird.
• Rauchmelder:Eingesetzt in Abschwächungs-Rauchmeldern, bei denen Rauchpartikel einen Infrarotlichtstrahl zwischen einem Sender und einem Empfänger unterbrechen.
• Allgemeine Infrarotsysteme:Jede Anwendung, die eine zuverlässige Quelle für 940nm Infrarotlicht benötigt.

9.2 Designüberlegungen

• Treiberschaltung:Verwenden Sie stets einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um das Überschreiten des maximalen Durchlassstroms zu verhindern, insbesondere angesichts der niedrigen Durchlassspannung. Die IV-Kurve sollte verwendet werden, um den geeigneten Widerstandswert für eine gegebene Versorgungsspannung zu berechnen.
• Thermisches Management:Beachten Sie die Grenzwerte für die Verlustleistung. Bei Betrieb nahe dem Maximalstrom oder in hohen Umgebungstemperaturen müssen die Entlastungskurve berücksichtigt und eine ausreichende Belüftung oder Kühlung sichergestellt werden, wenn die LED auf einer Platine mit anderen wärmeerzeugenden Komponenten montiert ist.
• Optische Ausrichtung:Der asymmetrische Abstrahlwinkel (95° x 45°) ist entscheidend. Die LED und der entsprechende Empfänger (Fototransistor usw.) müssen entsprechend der beabsichtigten Empfindlichkeitsachse ausgerichtet werden, um das empfangene Signal zu maximieren.
• Sperrspannungsschutz:Die maximale Sperrspannung beträgt nur 5V. In Schaltungen, in denen eine Sperrvorspannung möglich ist (z.B. AC-Kopplung oder induktive Lasten), wird der Einbau eines externen Schutzes, wie z.B. einer parallel geschalteten Diode (Kathode zu Anode), dringend empfohlen.

10. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Infrarot-LEDs mit geringer Leistung bietet die IR3494-Serie eine deutlich höhere Strahlungsstärke (typ. 3,5 mW/sr gegenüber oft weniger als 1 mW/sr bei Basismodellen). Dies führt direkt zu einer größeren Betriebsreichweite oder der Möglichkeit, für die gleiche Reichweite niedrigere Treiberströme zu verwenden, was die Effizienz verbessert. Die 940nm Wellenlänge ist ideal, da sie für das menschliche Auge weniger sichtbar ist als 850nm LEDs (die ein schwaches rotes Leuchten haben), während sie von siliziumbasierten Fotodetektoren dennoch gut detektiert werden kann. Das asymmetrische Strahlprofil kann ein Vorteil in Anwendungen sein, die einen fokussierten Strahl in einer Ebene und eine breitere Abdeckung in einer anderen erfordern.

11. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

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

A: Nein. Die Durchlassspannung beträgt nur etwa 1,2-1,3V. Ein direkter Anschluss an 5V ohne Vorwiderstand würde einen sehr hohen Stromfluss verursachen und die LED sofort zerstören. Es muss immer ein Vorwiderstand verwendet werden.

F: Was ist der Unterschied zwischen der 'typischen' und der 'maximalen' Strahlungsstärke?

A: Der typische Wert (3,5 mW/sr) ist das, was die meisten Bauteile einer Produktionscharge liefern. Der Maximalwert (5,5 mW/sr) ist die Obergrenze der Spezifikation; einige Bauteile können besser abschneiden, aber Designs sollten auf dem Mindestwert (2,5 mW/sr) basieren, um die Systemfunktionalität unter allen Bedingungen sicherzustellen.

F: Warum ist der Abstrahlwinkel in X- und Y-Richtung unterschiedlich?

A: Dies ist eine Folge der internen Chipstruktur und der Form der Kunststofflinse. Es handelt sich um eine beabsichtigte Designeigenschaft, die das emittierte Lichtmuster formt, was für die Zielausrichtung des Infrarotstrahls nützlich sein kann.

F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?

A: Für Dauerbetrieb mit dem maximalen Nennstrom von 100mA beträgt die Verlustleistung etwa 130mW (1,3V * 0,1A), was unterhalb des Grenzwerts von 180mW bei 25°C liegt. Wenn jedoch die Umgebungstemperatur hoch ist oder die LED in einem geschlossenen Gehäuse verbaut ist, muss die thermische Entlastung gemäß den Kennlinien angewendet werden, und ein Kühlkörper oder ein reduzierter Betriebsstrom kann erforderlich sein.

12. Praktischer Design- und Anwendungsfall

Fall: Entwurf eines Fernbedienungssenders mit großer Reichweite

Ziel: Erreichen einer zuverlässigen Reichweite von 15 Metern in einer typischen Wohnzimmerumgebung.

Designschritte:

1. Auswahl des Treiberstroms:Konsultieren Sie die Kurve 'Strahlungsstärke vs. Durchlassstrom'. Um die Reichweite zu maximieren, arbeiten Sie nahe der Obergrenze. Die Wahl von I_F= 80mA liefert eine Strahlungsstärke von etwa 15 mW/sr (aus der Kurve), was eine deutliche Steigerung gegenüber dem Wert bei 20mA darstellt.

2. Schaltungsentwurf:Für eine 3,3V Versorgung berechnen Sie den Vorwiderstand. Unter Verwendung des typischen V_Fbei 80mA (geschätzt aus der IV-Kurve als ~1,28V): R = (V_versorgung- V_F) / I_F= (3,3V - 1,28V) / 0,08A = 25,25Ω. Verwenden Sie einen Standard-24Ω- oder 27Ω-Widerstand. Überprüfen Sie die Leistung am Widerstand: P = I²R = (0,08)²*27 = 0,173W, daher ist ein 1/4W-Widerstand ausreichend.

3. Thermische Überprüfung:LED-Verlustleistung: P_d= V_F* I_F= 1,28V * 0,08A = 102mW. Dies liegt deutlich unter dem Grenzwert von 180mW bei 25°C.

4. Optische Ausrichtung:Montieren Sie die LED am Rand der Fernbedienungsplatine. Richten Sie die LED so aus, dass ihre breitere 95-Grad-Ebene (X) horizontal ausgerichtet ist, um einen breiten Bereich abzudecken, während die schmalere 45-Grad-Ebene (Y) vertikal ist, um die Energie nach vorne zu konzentrieren. Dies optimiert die Chance, den Empfänger zu treffen, selbst wenn die Fernbedienung horizontal leicht außerhalb der Achse gehalten wird.

13. Funktionsprinzip

Eine Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) ist eine Halbleiter-pn-Übergangsdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Gebiet und Löcher aus dem p-Gebiet über den Übergang injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich des Halbleitermaterials (typischerweise auf Galliumarsenid-Basis, GaAs) rekombinieren, wird Energie in Form von Photonen freigesetzt. Die spezifische Zusammensetzung der Halbleiterschichten bestimmt die Wellenlänge des emittierten Lichts. Bei diesem Bauteil ist das Material so ausgelegt, dass es hauptsächlich Photonen mit einer Wellenlänge von 940 Nanometern erzeugt, die im nahen Infrarotspektrum liegen, für das menschliche Auge unsichtbar, aber von Silizium-Fotodioden und -Fototransistoren leicht detektierbar sind.

14. Technologietrends

Die Entwicklung von Infrarot-LEDs konzentriert sich weiterhin auf mehrere Schlüsselbereiche: Steigerung der Wandsteckdosen-Effizienz (optische Leistung aus / elektrische Leistung ein), um einen geringeren Stromverbrauch oder eine höhere Ausgangsleistung bei batteriebetriebenen Geräten zu ermöglichen; Verbesserung der Modulationsgeschwindigkeit für Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsanwendungen wie IrDA; und Entwicklung von Bauteilen mit noch schmaleren spektralen Bandbreiten für Anwendungen, die eine präzise Wellenlängenabstimmung erfordern, wie z.B. Gassensorik. Es gibt auch einen Trend zu oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen für die automatisierte Montage, obwohl Durchsteckgehäuse wie das T-1 3/4 aufgrund ihrer Robustheit und einfachen Handlötbarkeit im Prototyping und bestimmten Hochzuverlässigkeitsanwendungen beliebt bleiben. Die 940nm Wellenlänge bleibt aufgrund ihres optimalen Gleichgewichts zwischen Siliziumdetektor-Empfindlichkeit und geringer Sichtbarkeit ein Industriestandard.

Wichtige Hinweise:Die in diesem Dokument angegebenen Spezifikationen können ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Bei der Verwendung dieses Produkts müssen die hierin aufgeführten absoluten Grenzwerte und Betriebsbedingungen strikt eingehalten werden. Der Hersteller übernimmt keine Verantwortung für Schäden, die durch eine Verwendung außerhalb dieser spezifizierten Bedingungen entstehen. Die in diesem Datenblatt enthaltenen Informationen sind urheberrechtlich geschützt und dürfen nicht ohne Genehmigung reproduziert werden.