Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernmerkmale und Vorteile
- 1.2 Zielmarkt und Anwendungen
- 2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)
- 2.3 Bin-Bereich des Kollektorstroms
- 3. Analyse der Kennlinien
- 3.1 Elektrische Eigenschaften
- 3.2 Temperatureigenschaften
- 3.3 Optische und räumliche Eigenschaften
- 4. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 4.1 Gehäuseabmessungen
- 4.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout
- 4.3 Polarität und Ausrichtung
- 5. Löt-, Montage- und Lagerrichtlinien
- 5.1 Reflow-Lötbedingungen
- 5.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung (MSL 3)
- 6. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 6.1 Tape & Reel-Spezifikationen
- 6.2 Verpackungsverfahren
- 7. Anwendungsdesign-Überlegungen
- 7.1 Typische Anwendungsschaltung
- 7.2 Designfaktoren für zuverlässige Erfassung
- 8. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 10. Funktionsprinzip
1. Produktübersicht
Der ITR1502SR40A/TR8 ist ein hochintegrierter, oberflächenmontierter reflektiver Foto-Unterbrecher für berührungslose Erfassungsanwendungen. Er vereint einen Infrarot-Emitter und einen Silizium-Fototransistor-Detektor in einem einzigen, kompakten Gehäuse mit schwarzer Klarlinse. Das Bauteil ist für zuverlässige Objektpräsenz- oder Bewegungsdetektion mit einer spezifizierten optimalen Erfassungsdistanz von 4 mm ausgelegt. Sein lötpinsloses Gehäuse ist speziell für die Kompatibilität mit modernen Reflow-Lötprozessen konzipiert, was es für die automatisierte Großserienmontage geeignet macht.
1.1 Kernmerkmale und Vorteile
- Hohe Empfindlichkeit:Der Silizium-Fototransistor liefert ein starkes elektrisches Signal auf reflektiertes Infrarotlicht, was eine zuverlässige Detektion ermöglicht.
- Sperrung von sichtbarem Licht:Das Material der schwarzen Klarlinse blockiert effektiv Umgebungslicht im sichtbaren Bereich und minimiert so das Risiko von Fehlauslösungen durch Umgebungslichtquellen.
- Kompakte Bauform:Mit den Abmessungen 4,0 mm x 3,0 mm x 2,0 mm ist es ideal für platzbeschränkte Leiterplatten-Designs.
- Reflow-lötbar:Das lötpinslose (Tape & Reel) Gehäuse ermöglicht eine Standard-SMT-Montage und verträgt Spitzenlöttemperaturen von bis zu 260°C für 5 Sekunden.
- Umweltkonformität:Das Bauteil entspricht den halogenfreien Standards (Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm), den EU REACH-Verordnungen und ist RoHS-konform.
- Lange Brennweite:Innerhalb seiner Gehäusefamilie bietet es eine relativ lange optimale Erfassungsdistanz von 4 mm.
1.2 Zielmarkt und Anwendungen
Diese Komponente richtet sich an Entwickler von Unterhaltungselektronik, Büroautomatisierung und industriellen Steuerungssystemen, die zuverlässige, kostengünstige Objekterfassung benötigen. Ihre Hauptfunktion ist die berührungslose Detektion von Anwesenheit, Abwesenheit oder Durchgang eines Objekts.
- Drucker und Kopierer:Erkennung von Papierstaus, Schubladenstatus oder Medienvorhandensein.
- Optische Laufwerke (z.B. CD/DVD):Erfassung der Laufwerksschubladenposition oder Detektion einer eingelegten Scheibe.
- Projektoren und Displays:Überwachung des Filterstatus, der Abdeckungsposition oder anderer interner Mechanismen.
- Verkaufsautomaten und Kioske:Erkennung von Produktausgabe oder Benutzerinteraktion.
- Haushaltsgeräte:Positionserfassung in Smart Locks, Kaffeemaschinen oder anderen automatisierten Geräten.
2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
Die Leistung des ITR1502SR40A/TR8 wird durch einen umfassenden Satz elektrischer und optischer Parameter definiert. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für ein korrektes Schaltungsdesign und einen zuverlässigen Systembetrieb.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.
- Eingangsverlustleistung (Pd):75 mW bei oder unter 25°C Umgebungstemperatur.
- Durchlassstrom (IF):50 mA (Dauerbetrieb).
- Spitzendurchlassstrom (IFP):1 A für Impulse ≤100μs bei einem Tastverhältnis von 1%.
- Sperrspannung (VR):5 V.
- Kollektorverlustleistung (PC):75 mW.
- Kollektorstrom (IC):25 mA.
- Kollektor-Emitter-Spannung (VCEO):30 V.
- Emitter-Kollektor-Spannung (VECO):5 V.
- Betriebstemperatur (Topr):-25°C bis +85°C.
- Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +100°C.
- Löttemperatur der Anschlüsse:260°C für 5 Sekunden (1/16 Zoll vom Gehäuse).
2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)
Dies sind die garantierten Leistungsparameter unter spezifizierten Testbedingungen.
Eingang (Infrarot-Emitter - IR GaAs-Chip):
- Durchlassspannung (VF):Typisch 1,2V, maximal 1,4V bei IF= 20 mA. Dies definiert den Spannungsabfall über der LED im Betrieb.
- Sperrstrom (IR):Maximal 10 μA bei VR= 6V.
- Spitzenwellenlänge (λP):940 nm (nominal) bei IF= 10 mA. Dies liegt im nahen Infrarotspektrum, für das menschliche Auge unsichtbar.
Ausgang (Fototransistor - Silizium-Chip):
- Dark Current (ICEO):Typisch 1 nA, maximal 100 nA bei VCE= 20V. Dies ist der Leckstrom, wenn kein Licht auf den Detektor fällt.
- Übertragungskennlinie - Kollektorstrom (IC(ON)):Mindestens 60 μA, typisch, maximal 450 μA unter Testbedingungen: VCE=2V, IF=4mA und einem reflektierenden Target bei d=4mm. Dies ist der Schlüsselparameter für die Empfindlichkeit.
- Übertragungskennlinie - Sperrstrom (IC(OFF)):Maximal 600 nA unter denselben Testbedingungen, jedoch ohne Reflexion (oder mit absorbierendem Target).
- Ansprechzeit (tr, tf):Typisch 20 μs, maximal 100 μs für Anstiegs- und Abfallzeit. Getestet bei VCE=2V, IC=100μA, RL=1kΩ, d=4mm. Dies definiert die Schaltgeschwindigkeit.
Hinweis: Der Betriebsdunkelstrom kann durch die Umgebung (z.B. Umgebungs-IR-Quellen) beeinflusst werden.
2.3 Bin-Bereich des Kollektorstroms
Die Bauteile werden basierend auf ihrem gemessenen Kollektorstrom (IC(ON)) unter Standardtestbedingungen sortiert (gebinned). Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile mit konsistenter Empfindlichkeit für ihre Anwendung auszuwählen.
- Bin A:60 μA ≤ IC(ON)< 120 μA
- Bin B:100 μA ≤ IC(ON)< 220 μA
- Bin C:180 μA ≤ IC(ON)< 350 μA
- Bin D:310 μA ≤ IC(ON)≤ 450 μA
3. Analyse der Kennlinien
Die bereitgestellten Kennlinien bieten wertvolle Einblicke in das Bauteilverhalten unter verschiedenen Bedingungen, was für ein robustes Systemdesign unerlässlich ist.
3.1 Elektrische Eigenschaften
Durchlassstrom vs. Durchlassspannung:Diese Kurve zeigt die typische IV-Kennlinie des Infrarot-Emitter-LED. Sie ist nichtlinear, ähnlich einer Standarddiode. Die typische Durchlassspannung liegt bei etwa 1,2V bei 20mA.
Durchlassstrom vs. Kollektorstrom:Dies ist die Übertragungskennlinie, die zeigt, wie der Ausgangsstrom des Fototransistors (IC) mit dem Eingangs-LED-Treiberstrom (IF) ansteigt. Die Beziehung ist im Arbeitsbereich annähernd linear und zeigt die Verstärkung des Bauteils.
Kollektorstrom vs. Kollektor-Emitter-Spannung:Diese Kurvenschar zeigt ICbei verschiedenen IF-Pegeln (z.B. 5mA, 10mA, 20mA, 50mA) in Abhängigkeit von VCE. Sie verdeutlicht, dass der Fototransistor als Stromquelle wirkt; oberhalb einer bestimmten VCE(Sättigungsspannung, typischerweise niedrig) wird IChauptsächlich durch das einfallende Licht (und somit IF) bestimmt.
3.2 Temperatureigenschaften
Durchlassspannung vs. Umgebungstemperatur:Die Durchlassspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und nimmt mit steigender Temperatur leicht ab (von etwa 1,21V bei -20°C auf 1,16V bei 80°C).
Relativer Kollektorstrom vs. Umgebungstemperatur:Dies ist eine kritische Kurve. Der Kollektorstrom (Empfindlichkeit) nimmt mit steigender Temperatur deutlich ab. Bei 80°C beträgt die relative Ausgangsleistung nur etwa 80% des Wertes bei 25°C. Dies muss in Designs, die bei hohen Temperaturen arbeiten, berücksichtigt werden, um eine ausreichende Signalreserve sicherzustellen.
Kollektor-Dunkelstrom vs. Umgebungstemperatur:Der Dunkelstrom steigt exponentiell mit der Temperatur an (von ~0,1nA bei -40°C auf fast 1000nA bei 100°C). In Hochtemperaturanwendungen kann dieser erhöhte Leckstrom einen signifikanten Teil des Signals ausmachen und möglicherweise das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtern.
Verlustleistung vs. Umgebungstemperatur:Diese Derating-Kurve zeigt, dass die maximal zulässige Verlustleistung des Bauteils linear abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur über 25°C steigt, und bei 100°C 0 mW erreicht.
3.3 Optische und räumliche Eigenschaften
Wellenlängenspektrum:Die Kurve der relativen Strahlungsintensität zeigt, dass die Ausgabe des Emitters bei 940 nm zentriert ist mit einer typischen spektralen Breite. Die schwarze Klarlinse überträgt dieses IR-Licht effektiv, während sie kürzere sichtbare Wellenlängen blockiert.
Relativer Kollektorstrom vs. Z-Bewegungsabstand (Spiegel):Diese Kurve definiert das Erfassungsprofil. Der Ausgangsstrom ist am höchsten, wenn sich das reflektierende Target im optimalen Abstand (4mm) befindet. Das Signal nimmt ab, wenn sich das Target nähert oder entfernt, was das praktische Erfassungsfenster definiert. Die Kurve hat annähernd eine Gauß'sche Form.
Schaltzeit vs. Lastwiderstand:Sowohl die Anstiegszeit (tr) als auch die Abfallzeit (tf) nehmen mit höherem Lastwiderstand (RL) zu. Für die schnellste Schaltung sollte ein niedrigerer RLverwendet werden, was jedoch auch zu einer geringeren Ausgangsspannungsänderung führt. Entwickler müssen Geschwindigkeit und Signalpegel abwägen.
4. Mechanische und Gehäuseinformationen
4.1 Gehäuseabmessungen
Das Bauteil hat ein kompaktes, lötpinsloses Oberflächenmontagegehäuse mit den Maßen 4,0 mm Länge, 3,0 mm Breite und 2,0 mm Höhe. Wichtige dimensionale Hinweise sind:
- Alle Maße sind in Millimetern.
- Toleranzen betragen ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben.
- Der Anschlussabstand wird dort gemessen, wo der Anschluss aus dem Gehäuse austritt.
- Das Produktgewicht beträgt etwa 0,025 Gramm.
4.2 Empfohlenes Leiterplatten-Pad-Layout
Ein empfohlenes Lötpad-Layout wird bereitgestellt, um zuverlässiges Löten und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Eine kritische Designregel wird betont: Die Lötmenge muss sorgfältig kontrolliert werden, um ein Aufsteigen von Lot oder das Eindringen von Lot in den Spalt zwischen Leiterplatte und Gehäusekörper zu verhindern. Übermäßiges Lot in diesem Bereich kann Spannungen erzeugen, die Funktionalität beeinträchtigen oder die Langzeitzuverlässigkeit verringern. Das Pad-Design umfasst typischerweise Wärmeableitungsverbindungen und eine ausreichende Kupferfläche für eine starke Verbindung.
4.3 Polarität und Ausrichtung
Das Bauteil hat eine markierte Ausrichtung (typischerweise einen Punkt oder eine Kerbe auf der Oberseite), die Pin 1 anzeigt. Die Pinbelegung ist für solche Bauteile standardisiert: Die Anode und Kathode des Infrarot-Emitters bilden ein Paar, und der Kollektor und Emitter des Fototransistors bilden das andere. Für die genaue Pinzuordnung muss das Diagramm im Datenblatt konsultiert werden. Eine falsche Ausrichtung verhindert die Funktion des Bauteils.
5. Löt-, Montage- und Lagerrichtlinien
5.1 Reflow-Lötbedingungen
Der ITR1502SR40A/TR8 ist für bleifreie (Pb-free) Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Ein empfohlener Temperaturverlauf wird bereitgestellt, der typischerweise umfasst:
- Vorwärmen/Aufheizen:Ein kontrollierter Anstieg zur Aktivierung des Flussmittels.
- Einweichzone:Eine Phase bei einer Temperatur unterhalb der Liquidustemperatur, um eine gleichmäßige Erwärmung sicherzustellen.
- Reflow-Zone:Die Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 240°C sollte begrenzt sein (z.B. 30-60 Sekunden).
- Abkühlung:Eine kontrollierte Abkühlphase.
Kritischer Hinweis:Reflow-Löten sollte nicht mehr als zweimal am selben Bauteil durchgeführt werden, um thermische Spannungsschäden an den internen Komponenten und der Vergussmasse zu vermeiden.
5.2 Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Lagerung (MSL 3)
Das Gehäuse ist feuchtigkeitsempfindlich. Die Einhaltung der folgenden Verfahren ist notwendig, um "Popcorning" (Gehäuserissbildung durch Dampfdruck während des Reflow-Lötens) zu verhindern.
- Lagerung ungeöffneter Beutel:Lagern bei ≤30°C und ≤90% rF. Innerhalb eines Jahres nach Versand verwenden.
- Nach dem Öffnen des Beutels:Lagern bei ≤30°C und ≤70% rF.
- Bodenlebensdauer:Bauteile müssen innerhalb von 168 Stunden (7 Tagen) nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel gelötet werden.
- Trocknen (Baking):Wenn die Bodenlebensdauer überschritten ist oder der Feuchtigkeitsindikator (Trockenmittel) Sättigung anzeigt, trocknen Sie die Bauteile vor der Verwendung bei 60°C ±5°C für 24 Stunden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.
6. Verpackungs- und Bestellinformationen
6.1 Tape & Reel-Spezifikationen
Das Bauteil wird in standardkonformer Tape & Reel-Verpackung nach EIA-481 für die automatisierte Pick-and-Place-Montage geliefert.
- Packmenge:800 Stück pro Rolle.
- Rollen pro Karton:38 Rollen pro Außenkarton.
- Außenkartonabmessungen:409 mm (A) x 245 mm (B) x 360 mm (C).
Die Rolle hat ein spezifisches Ausrichtungsetikett, das die Fortschrittsrichtung anzeigt. Detaillierte Rollenabmessungen (Nabendurchmesser, Rollenbreite usw.) werden für die Kompatibilität mit Bestückungsgeräten bereitgestellt.
6.2 Verpackungsverfahren
Rollen werden in versiegelten Aluminium-Feuchtigkeitsschutzbeuteln verpackt. Jeder Beutel enthält ein Trockenmittelpäckchen und eine Feuchtigkeitsindikatorkarte zur Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts. Mehrere Beutel werden dann in einen Hauptversandkarton gepackt.
7. Anwendungsdesign-Überlegungen
7.1 Typische Anwendungsschaltung
Eine grundlegende Anwendungsschaltung besteht aus zwei Hauptteilen:
- Emitter-Ansteuerung:Ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit der IR-LED. Der Widerstandswert wird berechnet als Rlimit= (VCC- VF) / IF. Zum Beispiel, mit einer 5V-Versorgung und einem gewünschten IFvon 20mA: Rlimit= (5V - 1,2V) / 0,02A = 190Ω (verwenden Sie einen Standard-200Ω-Widerstand). Die LED kann kontinuierlich oder gepulst betrieben werden, um den Stromverbrauch zu senken.
- Detektor-Schnittstelle:Der Fototransistor ist typischerweise mit einem Pull-up-Widerstand (RL) vom Kollektor zu VCCgeschaltet. Der Emitter ist mit Masse verbunden. Ohne reflektiertes Licht ist der Transistor gesperrt, und die Ausgangsspannung am Kollektor ist hoch (VCC). Wenn Licht detektiert wird, schaltet der Transistor durch und zieht die Ausgangsspannung gegen Masse niedrig. Der Wert von RLbeeinflusst sowohl die Ausgangsspannungsänderung als auch die Ansprechgeschwindigkeit (siehe Kennlinien). Ein üblicher Wert liegt zwischen 1kΩ und 10kΩ.
7.2 Designfaktoren für zuverlässige Erfassung
- Target-Reflexionsgrad:Die Signalstärke ist direkt proportional zum Reflexionsgrad der Target-Oberfläche. Eine weiße, reflektierende Oberfläche erzeugt das stärkste Signal; eine schwarze, matte Oberfläche das schwächste. Das System muss für den ungünstigsten Fall ausgelegt sein.
- Target-Abstand und Ausrichtung:Der Sensor hat einen spezifischen "Sweet Spot" bei 4mm. Variationen in Montagetoleranzen oder Target-Position beeinflussen den Signalpegel. Entwerfen Sie mechanische Halterungen, um eine konsistente Ausrichtung beizubehalten.
- Unempfindlichkeit gegen Umgebungslicht:Während die schwarze Linse das meiste sichtbare Licht blockiert, können starke Infrarotlichtquellen (Sonnenlicht, Glühlampen) dennoch Störungen verursachen. Die Verwendung eines modulierten (gepulsten) LED-Ansteuersignals und eine synchrone Detektion in der Empfängerschaltung können die Unempfindlichkeit gegen Umgebungslicht erheblich verbessern.
- Temperaturkompensation:Wie in den Kurven gezeigt, nimmt die Empfindlichkeit mit der Temperatur ab. Für Anwendungen, die über einen weiten Temperaturbereich arbeiten, sollte die Schaltung eine Reserve oder eine aktive Kompensation (z.B. Anpassung von IFbasierend auf der Temperatur) enthalten, um eine zuverlässige Detektion bei hohen Temperaturen sicherzustellen.
- Elektrisches Rauschen:Halten Sie die Sensorleitungen kurz und fern von verrauschten digitalen oder Stromleitungen. Verwenden Sie Entkopplungskondensatoren in der Nähe des Bauteils sowohl an VCCals auch an der LED-Versorgung, wenn gepulst wird.
8. Technischer Vergleich und Differenzierung
Der ITR1502SR40A/TR8 differenziert sich auf dem Markt für reflektive Sensoren durch mehrere Schlüsselattribute:
- vs. Größere Durchsteck-Unterbrecher:Sein Hauptvorteil ist der ultrakompakte 4,0x3,0mm SMD-Bauraum, der Miniaturisierung und automatisierte Montage ermöglicht, was größere Durchsteck-Bauteile nicht leisten können.
- vs. Andere SMD-Reflexionssensoren:Die Kombination aus einer 4mm optimalen Distanz und einer schwarzen Klarlinse zur Sperrung von sichtbarem Licht in dieser kleinen Bauform ist ein spezifisches Designmerkmal. Einige Wettbewerber bieten möglicherweise kürzere Erfassungsdistanzen oder andere Linsenmaterialien.
- vs. Analogausgang vs. Digitale Sensoren:Dieses Bauteil bietet einen analogen Fototransistor-Ausgang, der dem Entwickler volle Kontrolle über den Schwellwert gibt und analoge Abstands-/Reflexionsgradmessungen ermöglicht. Dies bietet mehr Flexibilität im Vergleich zu Sensoren mit eingebauter digitaler Logik, die lediglich ein Ein/Aus-Signal liefern.
- vs. Diskrete Emitter/Detektor-Paare:Das integrierte Gehäuse gewährleistet eine präzise, feste Ausrichtung zwischen Emitter und Detektor, was mit zwei separaten Komponenten schwierig und kostspielig zu erreichen ist. Es vereinfacht auch das Leiterplattenlayout und die Montage.
9. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F1: Was ist der Unterschied zwischen den Bins (A, B, C, D)? Wie wähle ich aus?
A: Die Bins repräsentieren verschiedene Bereiche der Empfindlichkeit (IC(ON)). Wählen Sie einen Bin basierend auf Ihrer erforderlichen Signalreserve. Für Anwendungen mit hochreflektierenden Targets oder kurzen Distanzen kann ein niedrigerer Bin (A oder B) ausreichen. Für Targets mit niedrigem Reflexionsgrad, längere Distanzen oder Hochtemperaturbetrieb, bei dem die Empfindlichkeit abnimmt, bietet ein höherer Bin (C oder D) mehr Spielraum. Die Konsistenz innerhalb eines Bins ist auch für die Produktion wichtig.
F2: Kann ich die IR-LED direkt mit einer Spannung ohne strombegrenzenden Widerstand betreiben?
A: Nein. Die Durchlassspannung der LED ist kein fester Wert und variiert mit Temperatur und Bauteil. Ein direkter Betrieb von einer Spannungsquelle führt zu unkontrolliertem Strom, der wahrscheinlich den absoluten Maximalwert überschreitet und den Emitter zerstört. Verwenden Sie immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand.
F3: Mein Sensor arbeitet unzuverlässig. Was könnte die Ursache sein?
A: Häufige Probleme sind: 1)Unzureichende Signalreserve:Überprüfen Sie IC(ON)mit Ihrem spezifischen Target und stellen Sie sicher, dass er deutlich über dem Detektionsschwellwert Ihrer Schaltung liegt, unter Berücksichtigung des Temperatur-Deratings. 2)Umgebungslichtstörung:Schirmen Sie den Sensor vor direktem hellem Licht ab oder implementieren Sie Modulation. 3)Lötstellenprobleme:Überprüfen Sie, ob das empfohlene Pad-Layout verwendet wurde, und inspizieren Sie auf Lötbrücken oder unzureichendes Lot. 4)Übermäßiger Dunkelstrom:Bei sehr hohen Temperaturen kann der Dunkelstrom signifikant werden; stellen Sie sicher, dass Ihre Schaltung ihn vom echten Signal unterscheiden kann.
F4: Wie berechne ich die Verlustleistung des Bauteils?
A: Die Gesamtverlustleistung ist die Summe der Eingangs- (LED) und Ausgangs- (Fototransistor) Verlustleistung. PD(total)≈ (VF* IF) + (VCE(sat)* IC). Unter typischen Bedingungen (IF=20mA, VF=1,2V, IC=5mA, VCE=0,2V) ist PD≈ 24mW + 1mW = 25mW, was deutlich unter der Nennleistung von 75mW bei 25°C liegt. Denken Sie daran, diesen Wert zu deraten, wenn Sie über 25°C arbeiten.
10. Funktionsprinzip
Der ITR1502SR40A/TR8 arbeitet nach dem Prinzip der modulierten Lichtreflexion. Die interne Infrarot-Leuchtdiode (IR-LED) emittiert Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 940 nm. Dieses Licht tritt durch die Linse aus dem Gehäuse aus, trifft auf ein Target-Objekt vor dem Sensor und wird teilweise zurückreflektiert. Der integrierte Silizium-Fototransistor, der für Infrarotlicht empfindlich ist, detektiert dieses reflektierte Licht. Wenn Photonen auf die Basisregion des Fototransistors treffen, erzeugen sie Elektron-Loch-Paare, die als Basisstrom wirken. Dieser photogenerierte Basisstrom wird dann durch die Verstärkung des Transistors verstärkt, was zu einem viel größeren Kollektorstrom (IC) führt. Dieser Kollektorstrom ist das elektrische Ausgangssignal, das proportional zur Intensität des reflektierten Lichts ist. Das Material der schwarzen Klarlinse ist für das 940 nm IR-Licht durchlässig, aber für die meisten sichtbaren Lichtwellenlängen undurchlässig, was Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungslichtquellen im sichtbaren Bereich bietet. Die feste, koplanare Ausrichtung von Emitter und Detektor innerhalb des vergossenen Gehäuses schafft einen präzisen optischen Pfad, der für die Detektion von Objekten in einem spezifischen Abstand (4mm) vor dem Sensor optimiert ist.
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. |