Hoja de Datos del Emisor Infrarrojo LTE-5228A - Alta Corriente, Bajo Voltaje Directo, Longitud de Onda 940nm - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTE-5228A es un diodo emisor de luz (LED) infrarrojo (IR) de alta potencia, diseñado para aplicaciones que requieren una salida óptica robusta. Sus ventajas principales derivan de su ingeniería para capacidad de conducción de alta corriente, manteniendo un voltaje directo relativamente bajo, lo que lo hace eficiente para operación pulsada y continua. El dispositivo está encapsulado en una carcasa transparente, típica para emisores IR para minimizar la absorción de la luz no visible emitida. Los mercados objetivo principales incluyen automatización industrial, sistemas de seguridad (por ejemplo, iluminación para cámaras de vigilancia), sensores ópticos y unidades de control remoto donde fuentes de luz invisible confiables son críticas.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

Estas especificaciones definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. El LTE-5228A puede disipar hasta 150 mW de potencia. Su corriente directa de pico es excepcionalmente alta a 2 Amperios, pero esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas específicas (300 pulsos por segundo con un ancho de pulso de 10 microsegundos). La corriente directa continua está especificada en un valor más convencional de 100 mA. El dispositivo puede soportar un voltaje inverso de hasta 5V. Los rangos de temperatura de operación y almacenamiento son de -40°C a +85°C y -55°C a +100°C, respectivamente, lo que indica idoneidad para entornos hostiles. La temperatura de soldadura de los terminales se especifica como 260°C durante 5 segundos a una distancia de 1.6mm del cuerpo del encapsulado, un parámetro crítico para los procesos de ensamblaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden en una condición de prueba estándar de 25°C de temperatura ambiente y una corriente directa (I_F) de 20mA. Las salidas ópticas clave se definen de dos maneras: Incidencia Radiante en la Apertura (E_een mW/cm²) e Intensidad Radiante (I_Een mW/sr). Ambos parámetros están clasificados (binned), lo que significa que los dispositivos se clasifican en grupos de rendimiento (BIN A, B, C, D) después de la fabricación, siendo BIN D el de mayor salida. La longitud de onda de emisión pico (λ_Pico) es típicamente de 940 nm, ubicándolo firmemente en el espectro del infrarrojo cercano. El ancho medio espectral (Δλ) es de 50 nm, indicando el ancho de banda espectral de la luz emitida. Eléctricamente, el voltaje directo (V_F) está entre 1.2V y 1.6V a 20mA, confirmando su afirmación de operación a bajo voltaje. La corriente inversa (I_R) es un máximo de 100 µA con un voltaje inverso de 5V. El ángulo de visión (2θ_1/2) es de 40 grados, definiendo la dispersión angular donde la intensidad radiante es al menos la mitad de su valor pico.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos emplea claramente un sistema de clasificación de rendimiento para la salida radiante. Los dispositivos se prueban y categorizan en cuatro grupos (A, B, C, D) según su Incidencia Radiante en la Apertura e Intensidad Radiante medidas a I_F= 20mA. El BIN A representa el rango de salida más bajo, mientras que el BIN D representa la salida garantizada más alta. Este sistema permite a los fabricantes ofrecer niveles de rendimiento consistentes y a los diseñadores seleccionar un grupo que cumpla precisamente con los requisitos de sensibilidad o rango de su aplicación. No hay indicación de clasificación por voltaje o longitud de onda para este número de parte específico; el voltaje directo y la longitud de onda pico se dan como rangos típicos/máximos sin códigos de grupo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos proporciona varios gráficos que ilustran el comportamiento del dispositivo bajo condiciones variables.

4.1 Distribución Espectral (Fig.1)

Esta curva muestra la intensidad radiante relativa en función de la longitud de onda. Confirma el pico en 940 nm y el ancho medio espectral de aproximadamente 50 nm. La forma es típica de un LED IR basado en AlGaAs.

4.2 Corriente Directa vs. Temperatura Ambiente (Fig.2)

Esta curva de reducción de potencia (derating) muestra cómo la corriente directa continua máxima permitida disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esto es crucial para el diseño de gestión térmica para asegurar que la temperatura de unión no exceda los límites seguros.

4.3 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Fig.3)

Esta es la curva característica I-V (corriente-voltaje) estándar. Muestra la relación exponencial, con el voltaje aumentando a medida que aumenta la corriente. La curva permite a los diseñadores determinar el voltaje de accionamiento necesario para una corriente de operación deseada.

4.4 Intensidad Radiante Relativa vs. Temperatura Ambiente (Fig.4) y vs. Corriente Directa (Fig.5)

La Figura 4 ilustra la dependencia de la salida de luz con la temperatura, mostrando típicamente una disminución en la eficiencia al aumentar la temperatura. La Figura 5 muestra cómo la salida óptica aumenta con la corriente directa, destacando la relación no lineal, especialmente a corrientes más altas donde la eficiencia puede caer debido al calentamiento.

4.5 Diagrama de Radiación (Fig.6)

Este gráfico polar representa visualmente la distribución espacial de la luz emitida, confirmando el ángulo de visión de 40 grados. El diagrama muestra la intensidad relativa en diferentes ángulos desde el eje central (0°).

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El encapsulado es de estilo LED estándar con una brida. Las dimensiones clave incluyen el espaciado de los terminales, que se mide donde los terminales emergen del cuerpo del encapsulado. Una nota especifica que la protuberancia máxima de resina bajo la brida es de 1.5mm. El encapsulado se describe como "transparente claro", lo cual es óptimo para la emisión IR. La polaridad típicamente se indica por el terminal más largo siendo el ánodo (+) y/o una marca plana en el borde del encapsulado cerca del terminal del cátodo (-), aunque esta marca específica no se detalla en el texto proporcionado. El dibujo dimensional (referenciado pero no proporcionado en el texto) mostraría la longitud, anchura y altura exactas.

6. Guías de Soldadura y Montaje

La guía principal proporcionada es la especificación absoluta máxima para la soldadura de terminales: 260°C durante 5 segundos, medidos a 1.6mm (0.063") del cuerpo del encapsulado. Este es un parámetro crítico para procesos de soldadura por ola o soldadura manual. Exceder esto puede dañar la unión interna del chip o el encapsulado de epoxi. Para soldadura por reflujo, debe usarse un perfil con una temperatura pico por debajo de 260°C y un tiempo por encima del líquido ajustado a la pasta de soldar. Generalmente se aconseja evitar estrés mecánico excesivo en los terminales durante el manejo. Las condiciones de almacenamiento deben adherirse al rango especificado de -55°C a +100°C en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Iluminación Infrarroja:Para cámaras de CCTV en condiciones de poca luz o sin luz.
• Sensores Ópticos:Como fuente de luz en sensores de proximidad, detección de objetos y robots seguidores de línea.
• Controles Remotos:Para transmitir señales codificadas a televisores, aires acondicionados, etc.
• Enlaces de Datos Industriales:Comunicación óptica de espacio libre de corto alcance en entornos eléctricamente ruidosos.
• Sensores Biométricos:Como parte de sistemas para monitoreo de frecuencia cardíaca o reconocimiento de huellas dactilares.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie o un controlador de corriente constante para evitar exceder la corriente continua máxima, especialmente dado el bajo V_Fque facilita extraer corriente excesiva de una fuente de voltaje.
• Disipación de Calor:Para operación continua cerca de la corriente máxima, considere la ruta térmica. La brida puede usarse para montar en un PCB con vías térmicas o un disipador de calor.
• Operación Pulsada:Para lograr una salida de pico muy alta (para mayor alcance), use la especificación de modo pulsado (2A pico). Asegúrese de que el circuito de accionamiento pueda entregar los pulsos cortos de alta corriente requeridos.
• Diseño Óptico:Combine con una lente o reflector apropiado para colimar o dar forma al haz de 40 grados según la necesidad de la aplicación. El encapsulado claro es compatible con ópticas secundarias.
• Protección contra ESD:Aunque no se establece explícitamente, los LED IR pueden ser sensibles a la descarga electrostática. Se recomienda implementar precauciones estándar contra ESD durante el manejo y el diseño del circuito.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Comparado con los LED IR estándar de baja potencia, los diferenciadores clave del LTE-5228A son sucapacidad de alta corriente(100mA continua, 2A pulsada) y suvoltaje directo relativamente bajo. Esta combinación permite una mayor salida radiante sin una disipación de potencia proporcionalmente mayor por caída de voltaje excesiva. El amplio ángulo de visión de 40 grados es más amplio que algunos emisores IR enfocados, proporcionando una iluminación más uniforme para cobertura de área en lugar de detección de larga distancia. El encapsulado claro ofrece una mayor eficiencia de transmisión para la luz de 940nm en comparación con los encapsulados coloreados utilizados para LED visibles.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo accionar este LED directamente desde un pin de microcontrolador de 3.3V o 5V?

R: No. El bajo voltaje directo (máx. 1.6V a 20mA) significa que una conexión directa probablemente destruiría el LED y potencialmente dañaría el pin del microcontrolador debido a la corriente excesiva. Una resistencia limitadora de corriente o un circuito de accionamiento es obligatorio.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Incidencia Radiante en la Apertura e Intensidad Radiante?

R: La Incidencia Radiante en la Apertura (E_e) es la densidad de potencia (mW/cm²) que llega a una superficie colocada cerca y perpendicular al LED. La Intensidad Radiante (I_E) es la potencia emitida por ángulo sólido (mW/sr), describiendo la direccionalidad inherente de la fuente. I_Ees más útil para calcular la iluminación a distancia.

P: ¿Cómo selecciono el BIN correcto?

R: Elija según la sensibilidad de su sistema. Si su receptor necesita un nivel de señal mínimo, seleccione un bin que garantice ese nivel a su corriente de operación y distancia. Los bins más altos (C, D) proporcionan un mayor margen de salida.

P: ¿Se requiere un disipador de calor?

R: Depende de la corriente de operación y la temperatura ambiente. A la corriente continua máxima (100mA) y temperatura ambiente elevada, la disipación de potencia (P = V_F* I_F) se acerca a 160mW, lo que excede la disipación de potencia absoluta máxima de 150mW. Por lo tanto, para operación continua a plena potencia, es necesaria la gestión térmica mediante área de cobre en el PCB o un disipador de calor. Para operación pulsada o corrientes más bajas, puede no ser necesario.

10. Ejemplo Práctico de Caso de Uso

Diseño de un Activador de Sensor de Movimiento Infrarrojo Pasivo de Largo Alcance:Un sensor de movimiento PIR a menudo tiene un alcance limitado. Para extender su alcance durante la noche, se puede usar un iluminador IR. Para esta aplicación, el LTE-5228A se accionaría en modo pulsado. Se diseñaría un circuito para entregar pulsos de 1A (dentro del máximo de 2A) con un ciclo de trabajo bajo (por ejemplo, 1%) para mantener baja la potencia promedio. Esta alta corriente de pico generaría una salida óptica instantánea muy alta, iluminando efectivamente una escena a una distancia de 20-30 metros. El amplio ángulo de 40 grados cubriría un área amplia frente al sensor. El encapsulado claro asegura que se proyecte la máxima energía hacia afuera. El diseñador seleccionaría LED del BIN D para el máximo alcance y usaría las curvas de reducción de potencia para asegurar que la temperatura del dispositivo se mantenga estable en una carcasa exterior.

11. Principio de Funcionamiento

El LTE-5228A es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo que excede su energía de banda prohibida, los electrones y huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones. La composición específica del material (típicamente Arseniuro de Galio y Aluminio - AlGaAs) determina la energía de banda prohibida, que corresponde a la longitud de onda infrarroja de 940 nm. El encapsulado de epoxi transparente encapsula el chip semiconductor, proporciona protección mecánica y actúa como una lente para dar forma al haz de salida. La salida radiante es directamente proporcional a la tasa de recombinación de portadores, la cual es controlada por la corriente directa.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología de emisores infrarrojos continúa evolucionando junto con la tecnología de LED visibles. Las tendencias incluyen:

Mayor Eficiencia:Desarrollo de nuevos materiales y estructuras semiconductoras (por ejemplo, pozos cuánticos múltiples) para extraer más fotones por unidad de potencia eléctrica de entrada, reduciendo la generación de calor.

Mayor Densidad de Potencia:Mejoras en el encapsulado para manejar corrientes de accionamiento más altas y disipar calor de manera más efectiva, permitiendo dispositivos más pequeños con igual o mayor salida.

Soluciones Integradas:Combinar el emisor IR con un CI controlador, un fotodiodo o incluso un microcontrolador en un solo módulo para simplificar el diseño en aplicaciones de sensores.

Diversificación de Longitudes de Onda:Mientras que 940nm es común (invisible, bueno para detectores de silicio), otras longitudes de onda como 850nm (ligero brillo rojo visible) o 1050nm se usan para aplicaciones específicas como seguimiento ocular o mayor transmisión atmosférica.

El LTE-5228A representa un componente maduro y de alta confiabilidad en este panorama, optimizado para un rendimiento robusto en condiciones exigentes más que para la máxima eficiencia de vanguardia.