دیتاشیت LED مادون قرمز LTE-5228A - جریان بالا، ولتاژ مستقیم پایین، طول موج 940 نانومتر - سند فنی فارسی

1. مرور کلی محصول

LTE-5228A یک دیود نورافشان (LED) مادون قرمز (IR) پرتوان است که برای کاربردهایی که نیاز به خروجی نوری قوی دارند طراحی شده است. مزایای اصلی آن ناشی از مهندسی آن برای قابلیت راه‌اندازی با جریان بالا در حالی که ولتاژ مستقیم نسبتاً پایینی را حفظ می‌کند، است که آن را برای عملکرد پالسی و پیوسته کارآمد می‌سازد. این قطعه در یک محفظه شفاف و شفاف بسته‌بندی شده است که برای فرستنده‌های IR معمول است تا جذب نور نامرئی ساطع شده به حداقل برسد. بازارهای هدف اصلی شامل اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های امنیتی (مانند روشنایی دوربین نظارتی)، سنسورهای نوری و واحدهای کنترل از راه دور است که در آن‌ها منابع نور نامرئی قابل اعتماد حیاتی هستند.

2. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

2.1 ریتینگ‌های حداکثر مطلق

این ریتینگ‌ها محدودیت‌هایی را تعریف می‌کنند که فراتر از آن‌ها ممکن است آسیب دائمی به قطعه وارد شود. LTE-5228A می‌تواند تا 150 میلی‌وات توان را تلف کند. ریتینگ جریان مستقیم پیک آن به طور استثنایی در 2 آمپر بالا است، اما این فقط تحت شرایط پالسی خاص (300 پالس در ثانیه با عرض پالس 10 میکروثانیه) مجاز است. جریان مستقیم پیوسته در ریتینگ متعارف‌تری معادل 100 میلی‌آمپر است. این قطعه می‌تواند ولتاژ معکوس تا 5 ولت را تحمل کند. محدوده دمای عملیاتی و ذخیره‌سازی به ترتیب از 40- درجه سانتی‌گراد تا 85+ درجه سانتی‌گراد و 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد است که نشان‌دهنده مناسب بودن برای محیط‌های سخت است. دمای لحیم‌کاری پایه‌ها به عنوان 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه در فاصله 1.6 میلی‌متری از بدنه پکیج مشخص شده است که یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای مونتاژ است.

2.2 مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها در شرایط آزمایش استاندارد دمای محیط 25 درجه سانتی‌گراد و جریان مستقیم (I_F) معادل 20 میلی‌آمپر اندازه‌گیری می‌شوند. خروجی‌های نوری کلیدی به دو روش تعریف می‌شوند: تابش روزنه (E_eبر حسب میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع) و شدت تابشی (I_Eبر حسب میلی‌وات بر استرادیان). هر دو پارامتر باینینگ شده‌اند، به این معنی که قطعات پس از تولید در گروه‌های عملکردی (باین A، B، C، D) دسته‌بندی می‌شوند که باین D نشان‌دهنده بالاترین خروجی است. طول موج تابش پیک (λ_پیک) به طور معمول 940 نانومتر است که آن را به طور قطع در طیف مادون قرمز نزدیک قرار می‌دهد. پهنای نیمه خط طیفی (Δλ) 50 نانومتر است که نشان‌دهنده پهنای باند طیفی نور ساطع شده است. از نظر الکتریکی، ولتاژ مستقیم (V_F) در 20 میلی‌آمپر بین 1.2 ولت و 1.6 ولت است که ادعای عملکرد با ولتاژ پایین آن را تأیید می‌کند. جریان معکوس (I_R) حداکثر 100 میکروآمپر در بایاس معکوس 5 ولت است. زاویه دید (2θ_1/2) 40 درجه است که گستره زاویه‌ای را تعریف می‌کند که در آن شدت تابشی حداقل نصف مقدار پیک آن است.

3. توضیح سیستم باینینگ

دیتاشیت به وضوح از یک سیستم باینینگ عملکرد برای خروجی تابشی استفاده می‌کند. قطعات بر اساس تابش روزنه و شدت تابشی اندازه‌گیری شده در I_F= 20 میلی‌آمپر آزمایش و در چهار باین (A، B، C، D) دسته‌بندی می‌شوند. باین A نشان‌دهنده محدوده خروجی پایین‌تر است، در حالی که باین D نشان‌دهنده بالاترین خروجی تضمین شده است. این سیستم به سازندگان اجازه می‌دهد تا سطوح عملکردی یکنواختی ارائه دهند و به طراحان امکان می‌دهد باینی را انتخاب کنند که دقیقاً با حساسیت یا نیازهای برد کاربردشان مطابقت دارد. هیچ نشانه‌ای از باینینگ ولتاژ یا طول موج برای این شماره قطعه خاص وجود ندارد؛ ولتاژ مستقیم و طول موج پیک به عنوان محدوده‌های معمولی/حداکثر بدون کد باین ارائه شده‌اند.

4. تحلیل منحنی‌های عملکرد

دیتاشیت چندین نمودار ارائه می‌دهد که رفتار قطعه را تحت شرایط مختلف نشان می‌دهد.

4.1 توزیع طیفی (شکل 1)

این منحنی شدت تابشی نسبی را به عنوان تابعی از طول موج نشان می‌دهد. پیک در 940 نانومتر و پهنای نیمه طیفی تقریباً 50 نانومتر را تأیید می‌کند. شکل آن برای یک LED مادون قرمز مبتنی بر AlGaAs معمولی است.

4.2 جریان مستقیم در مقابل دمای محیط (شکل 2)

این منحنی کاهش ریتینگ نشان می‌دهد که چگونه حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز با افزایش دمای محیط کاهش می‌یابد. این برای طراحی مدیریت حرارتی برای اطمینان از عدم تجاوز دمای اتصال از محدوده‌های ایمنی حیاتی است.

4.3 جریان مستقیم در مقابل ولتاژ مستقیم (شکل 3)

این منحنی مشخصه استاندارد I-V (جریان-ولتاژ) است. رابطه نمایی را نشان می‌دهد، که با افزایش جریان، ولتاژ افزایش می‌یابد. این منحنی به طراحان اجازه می‌دهد تا ولتاژ راه‌اندازی لازم برای جریان عملیاتی مورد نظر را تعیین کنند.

4.4 شدت تابشی نسبی در مقابل دمای محیط (شکل 4) و در مقابل جریان مستقیم (شکل 5)

شکل 4 وابستگی دمایی خروجی نور را نشان می‌دهد که معمولاً کاهش بازده را با افزایش دما نشان می‌دهد. شکل 5 نشان می‌دهد که چگونه خروجی نوری با جریان مستقیم افزایش می‌یابد و رابطه غیرخطی را برجسته می‌کند، به ویژه در جریان‌های بالاتر که بازده ممکن است به دلیل گرمایش کاهش یابد.

4.5 دیاگرام تابش (شکل 6)

این نمودار قطبی توزیع فضایی نور ساطع شده را به صورت بصری نشان می‌دهد و زاویه دید 40 درجه را تأیید می‌کند. این دیاگرام شدت نسبی را در زوایای مختلف از محور مرکزی (0 درجه) نشان می‌دهد.

5. اطلاعات مکانیکی و پکیج

پکیج یک استایل استاندارد LED با فلنج است. ابعاد کلیدی شامل فاصله پایه‌ها است که در جایی که پایه‌ها از بدنه پکیج خارج می‌شوند اندازه‌گیری می‌شود. یک یادداشت مشخص می‌کند که حداکثر بیرون‌زدگی رزین زیر فلنج 1.5 میلی‌متر است. پکیج به عنوان "شفاف شفاف" توصیف شده است که برای تابش IR بهینه است. قطبیت معمولاً با پایه بلندتر که آند (+) است و/یا یک نقطه صاف روی لبه پکیج نزدیک به پایه کاتد (-) نشان داده می‌شود، اگرچه این علامت‌گذاری خاص در متن ارائه شده به تفصیل شرح داده نشده است. نقشه ابعادی (که به آن ارجاع داده شده اما در متن ارائه نشده) طول، عرض و ارتفاع دقیق را نشان می‌دهد.

6. راهنمای لحیم‌کاری و مونتاژ

راهنمای اصلی ارائه شده، ریتینگ حداکثر مطلق برای لحیم‌کاری پایه‌ها است: 260 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 ثانیه، اندازه‌گیری شده در فاصله 1.6 میلی‌متر (0.063 اینچ) از بدنه پکیج. این یک پارامتر حیاتی برای فرآیندهای لحیم‌کاری موجی یا دستی است. تجاوز از این می‌تواند به اتصال داخلی تراشه یا پکیج اپوکسی آسیب برساند. برای لحیم‌کاری رفلو، باید از یک پروفایل با دمای پیک زیر 260 درجه سانتی‌گراد و زمان بالای مایع متناسب با خمیر لحیم استفاده شود. به طور کلی توصیه می‌شود از اعمال تنش مکانیکی بیش از حد روی پایه‌ها در حین جابجایی خودداری شود. شرایط ذخیره‌سازی باید به محدوده مشخص شده 55- درجه سانتی‌گراد تا 100+ درجه سانتی‌گراد در یک محیط خشک پایبند باشد تا از جذب رطوبت جلوگیری شود.

7. پیشنهادات کاربردی

7.1 سناریوهای کاربردی متداول

• روشنایی مادون قرمز:برای دوربین‌های مداربسته در شرایط کم‌نور یا بدون نور.
• سنسورهای نوری:به عنوان منبع نور در سنسورهای مجاورتی، تشخیص اشیاء و ربات‌های دنبال‌کننده خط.
• کنترل‌های از راه دور:برای ارسال سیگنال‌های کدگذاری شده به تلویزیون، کولر گازی و غیره.
• لینک‌های داده صنعتی:ارتباط نوری فضای آزاد برد کوتاه در محیط‌های پرنویز الکتریکی.
• سنسورهای بیومتریک:به عنوان بخشی از سیستم‌های نظارت بر ضربان قلب یا تشخیص اثر انگشت.

7.2 ملاحظات طراحی

• محدود کردن جریان:همیشه از یک مقاومت سری یا درایور جریان ثابت استفاده کنید تا از تجاوز از حداکثر جریان پیوسته جلوگیری شود، به خصوص با توجه به V_Fپایین که باعث می‌شود به راحتی جریان بیش از حد از یک منبع ولتاژ کشیده شود.
• هیت سینک:برای عملکرد پیوسته نزدیک به جریان حداکثر، مسیر حرارتی را در نظر بگیرید. فلنج ممکن است برای نصب روی PCB با وایاهای حرارتی یا یک هیت سینک استفاده شود.
• عملکرد پالسی:برای دستیابی به خروجی پیک بسیار بالا (برای برد بیشتر)، از مشخصات حالت پالسی (پیک 2 آمپر) استفاده کنید. اطمینان حاصل کنید که مدار درایور می‌تواند پالس‌های کوتاه و با جریان بالا مورد نیاز را تحویل دهد.
• طراحی نوری:با یک لنز یا بازتابنده مناسب جفت کنید تا پرتو 40 درجه‌ای را بر اساس نیاز کاربرد موازی یا شکل دهید. پکیج شفاف با اپتیک ثانویه سازگار است.
• محافظت در برابر ESD:اگرچه به صراحت ذکر نشده است، LEDهای مادون قرمز می‌توانند به تخلیه الکترواستاتیک حساس باشند. اجرای اقدامات احتیاطی استاندارد ESD در حین جابجایی و طراحی مدار توصیه می‌شود.

8. مقایسه و تمایز فنی

در مقایسه با LEDهای مادون قرمز کم‌توان استاندارد، تمایزدهنده‌های کلیدی LTE-5228Aقابلیت جریان بالا(100 میلی‌آمپر پیوسته، 2 آمپر پالسی) وولتاژ مستقیم نسبتاً پایینآن است. این ترکیب امکان خروجی تابشی بالاتر بدون اتلاف توان متناسباً بالاتر از افت ولتاژ بیش از حد را فراهم می‌کند. زاویه دید گسترده 40 درجه‌ای از برخی فرستنده‌های IR متمرکز پهن‌تر است و روشنایی یکنواخت‌تری برای پوشش منطقه به جای نقطه‌گذاری برد بلند ارائه می‌دهد. پکیج شفاف در مقایسه با پکیج‌های رنگی مورد استفاده برای LEDهای مرئی، بازده انتقال بالاتری برای نور 940 نانومتر ارائه می‌دهد.

9. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

س: آیا می‌توانم این LED را مستقیماً از پین میکروکنترلر 3.3 ولت یا 5 ولت راه‌اندازی کنم؟

ج: خیر. ولتاژ مستقیم پایین (حداکثر 1.6 ولت در 20 میلی‌آمپر) به این معنی است که اتصال مستقیم احتمالاً LED را از بین می‌برد و به طور بالقوه به دلیل جریان بیش از حد به پین میکروکنترلر آسیب می‌رساند. استفاده از یک مقاومت محدودکننده جریان یا مدار درایور اجباری است.

س: تفاوت بین تابش روزنه و شدت تابشی چیست؟

ج: تابش روزنه (E_e) چگالی توان (میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع) است که به سطحی که نزدیک و عمود بر LED قرار دارد می‌رسد. شدت تابشی (I_E) توان ساطع شده در هر زاویه فضایی (میلی‌وات بر استرادیان) است که جهت‌داری ذاتی منبع را توصیف می‌کند. I_Eبرای محاسبه روشنایی در فاصله مفیدتر است.

س: چگونه باین صحیح را انتخاب کنم؟

ج: بر اساس حساسیت سیستم خود انتخاب کنید. اگر گیرنده شما به حداقل سطح سیگنال نیاز دارد، باینی را انتخاب کنید که آن سطح را در جریان عملیاتی و فاصله شما تضمین می‌کند. باین‌های بالاتر (C، D) حاشیه خروجی بیشتری ارائه می‌دهند.

س: آیا هیت سینک مورد نیاز است؟

ج: بستگی به جریان عملیاتی و دمای محیط دارد. در حداکثر جریان پیوسته (100 میلی‌آمپر) و دمای محیط بالا، اتلاف توان (P = V_F* I_F) به 160 میلی‌وات نزدیک می‌شود که از حداکثر اتلاف توان مطلق 150 میلی‌وات تجاوز می‌کند. بنابراین، برای عملکرد پیوسته با توان کامل، مدیریت حرارتی از طریق مساحت مسی PCB یا یک هیت سینک ضروری است. برای عملکرد پالسی یا جریان‌های پایین‌تر، ممکن است مورد نیاز نباشد.

10. مثال موردی عملی

طراحی یک فعال‌کننده سنسور حرکت مادون قرمز پسیو برد بلند:یک سنسور حرکت PIR اغلب برد محدودی دارد. برای گسترش برد آن در شب، می‌توان از یک روشن‌کننده IR استفاده کرد. برای این کاربرد، LTE-5228A در حالت پالسی راه‌اندازی می‌شود. مداری طراحی می‌شود تا پالس‌های 1 آمپری (در محدوده حداکثر 2 آمپر) را با چرخه وظیفه کم (مثلاً 1٪) تحویل دهد تا توان متوسط پایین نگه داشته شود. این جریان پیک بالا، خروجی نوری لحظه‌ای بسیار بالایی ایجاد می‌کند که صحنه‌ای را در فاصله 20-30 متری به طور مؤثر روشن می‌کند. زاویه گسترده 40 درجه‌ای یک منطقه وسیع در مقابل سنسور را پوشش می‌دهد. پکیج شفاف اطمینان می‌دهد که حداکثر انرژی به بیرون تابیده می‌شود. طراح LEDهای باین D را برای حداکثر برد انتخاب می‌کند و از منحنی‌های کاهش ریتینگ استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل کند دمای قطعه در یک محفظه بیرونی پایدار باقی می‌ماند.

11. اصل عملکرد

LTE-5228A یک دیود پیوند p-n نیمه‌هادی است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم بیش از انرژی گاف نواری آن اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها در منطقه فعال بازترکیب می‌شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد می‌کنند. ترکیب ماده خاص (معمولاً آلومینیوم گالیم آرسناید - AlGaAs) انرژی گاف نواری را تعیین می‌کند که با طول موج مادون قرمز 940 نانومتر مطابقت دارد. پکیج اپوکسی شفاف تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، محافظت مکانیکی فراهم می‌کند و به عنوان یک لنز برای شکل‌دهی پرتو خروجی عمل می‌کند. خروجی تابشی مستقیماً با نرخ بازترکیب حامل‌ها متناسب است که توسط جریان مستقیم کنترل می‌شود.

12. روندهای فناوری

فناوری فرستنده مادون قرمز همچنان در کنار فناوری LED مرئی در حال تکامل است. روندها شامل موارد زیر است:

افزایش بازده:توسعه مواد و ساختارهای نیمه‌هادی جدید (مانند چاه‌های کوانتومی چندگانه) برای استخراج فوتون‌های بیشتر در واحد توان ورودی الکتریکی، کاهش تولید گرما.

چگالی توان بالاتر:بهبودهای بسته‌بندی برای تحمل جریان‌های راه‌اندازی بالاتر و اتلاف مؤثرتر گرما، امکان ساخت قطعات کوچکتر با خروجی مساوی یا بیشتر.

راه‌حل‌های یکپارچه:ترکیب فرستنده IR با یک IC درایور، فوتودیود یا حتی یک میکروکنترلر در یک ماژول واحد برای طراحی ساده‌شده در کاربردهای سنسوری.

تنوع طول موج:در حالی که 940 نانومتر رایج است (نامرئی، مناسب برای آشکارسازهای سیلیکونی)، طول موج‌های دیگر مانند 850 نانومتر (درخشش قرمز کمی مرئی) یا 1050 نانومتر برای کاربردهای خاص مانند ردیابی چشم یا انتقال جوی طولانی‌تر استفاده می‌شوند.

LTE-5228A نماینده یک قطعه بالغ و با قابلیت اطمینان بالا در این چشم‌انداز است که برای عملکرد قوی در شرایط سخت بهینه‌سازی شده است، نه لزوماً در نوک پیکان مطلق بازده.