Fiche technique de la LED infrarouge 5mm HIR323C - Diamètre 5mm - Tension directe 1,45V - Longueur d'onde 850nm - Puissance dissipée 150mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le HIR323C est une diode émettrice infrarouge de haute intensité, logée dans un boîtier standard T-1 (5mm) avec une lentille plastique transparente. Ce composant est conçu pour offrir des performances fiables dans les systèmes de détection et de communication infrarouge. Sa sortie spectrale est spécifiquement adaptée pour être compatible avec les phototransistors au silicium, les photodiodes et les modules récepteurs infrarouges courants, garantissant ainsi une efficacité système optimale. Le domaine d'application principal de ce composant se situe dans les systèmes à infrarouge, qui peuvent inclure les télécommandes, la détection d'objets, la détection de proximité et les interrupteurs optiques.

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages de cette LED infrarouge découlent de sa conception et du choix des matériaux. Elle utilise une puce en GaAlAs (Arséniure de Gallium Aluminium), réputée pour son émission infrarouge efficace. Le boîtier offre une intensité rayonnante élevée, permettant une transmission de signal puissante. Une caractéristique importante est sa faible tension directe, qui contribue à une consommation électrique réduite dans l'application finale. Le produit est conçu pour être conforme aux normes environnementales et de sécurité modernes : sans plomb, conforme RoHS, conforme REACH UE et sans halogène. Cela le rend adapté au marché mondial, en particulier dans l'électronique grand public, l'automatisation industrielle et les systèmes de sécurité où des sources infrarouges fiables et à longue durée de vie sont requises.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres techniques listés dans la fiche technique, expliquant leur importance pour les ingénieurs de conception.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Le fonctionnement dans ces conditions n'est pas garanti.

• Courant direct continu (IF) :100 mA. C'est le courant continu maximal qui peut traverser la LED indéfiniment dans des conditions spécifiées.
• Courant direct de crête (IFP) :1,0 A. Ce courant élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées (largeur d'impulsion ≤ 100μs, rapport cyclique ≤ 1%). Il est utile pour les applications nécessitant des impulsions très brèves et de haute intensité.
• Tension inverse (VR) :5 V. Dépasser cette tension en polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement et de stockage :S'étend de -40°C à +85°C (fonctionnement) et de -40°C à +100°C (stockage). Cette large plage assure la fiabilité dans des environnements sévères.
• Puissance dissipée (Pd) :150 mW à une température ambiante de 25°C ou moins. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur. Le courant direct admissible réel diminuera (déclassement) à des températures ambiantes plus élevées.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C) et définissent les performances du composant.

• Intensité rayonnante (Ie) :C'est la puissance optique émise par unité d'angle solide, mesurée en mW/sr. La valeur typique est de 30 mW/sr à IF=20mA. En fonctionnement pulsé à 100mA, elle peut atteindre 130 mW/sr. Une intensité rayonnante plus élevée se traduit par une portée opérationnelle plus longue ou un meilleur rapport signal/bruit.
• Longueur d'onde de crête (λp) :850 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. 850nm se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais efficacement détecté par les capteurs à base de silicium.
• Largeur de bande spectrale (Δλ) :45 nm (typique). Cela définit la plage de longueurs d'onde émises, centrée autour de la longueur d'onde de crête. Une bande passante plus étroite peut être bénéfique pour filtrer le bruit de la lumière ambiante.
• Tension directe (VF) :1,45V (typique) à 20mA, avec un maximum de 1,65V. À 100mA (pulsé), le maximum est de 2,40V. La faible VF est un paramètre clé d'efficacité.
• Angle de vision (2θ1/2) :15 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de vision étroit produit un faisceau plus focalisé.

3. Explication du système de classement (Binning)

Le HIR323C utilise un système de classement pour catégoriser les composants en fonction de leur intensité rayonnante mesurée au courant de test standard de 20mA. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des pièces répondant à des exigences de sortie minimale spécifiques pour leur application.

• Classe P :Plage d'intensité rayonnante de 15,0 mW/sr (min) à 24,0 mW/sr (max).
• Classe Q :Plage d'intensité rayonnante de 21,0 mW/sr (min) à 34,0 mW/sr (max).
• Classe R :Plage d'intensité rayonnante de 30,0 mW/sr (min) à 48,0 mW/sr (max).

La sélection d'une classe supérieure (par exemple, R) garantit une sortie minimale plus élevée, ce qui peut être crucial pour assurer des performances système cohérentes, notamment face aux variations de température et sur la durée de vie du produit.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique comprend plusieurs graphiques illustrant le comportement du composant dans différentes conditions. Leur compréhension est cruciale pour une conception de circuit robuste.

4.1 Courant direct vs Température ambiante

Cette courbe montre le déclassement du courant direct continu maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. Lorsque la température augmente, la capacité du boîtier à dissiper la chaleur diminue, donc le courant doit être réduit pour rester dans la zone de fonctionnement sûre (SOA) définie par la puissance dissipée maximale. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour sélectionner des résistances de limitation de courant ou des pilotes appropriés pour leur environnement de fonctionnement prévu.

4.2 Intensité rayonnante vs Courant direct

Ce graphique représente la relation entre le courant de commande (IF) et la sortie optique (Ie). Elle est généralement non linéaire. La sortie augmente avec le courant mais peut saturer à des courants très élevés en raison d'effets thermiques et d'efficacité. La courbe aide à déterminer le courant de commande nécessaire pour atteindre un niveau de sortie souhaité.

4.3 Distribution spectrale

Ce tracé montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Il confirme la longueur d'onde de crête (λp ~850nm) et la largeur de bande spectrale (Δλ). La forme de cette courbe est importante pour assurer la compatibilité avec la courbe de sensibilité spectrale du capteur récepteur (phototransistor/photodiode).

4.4 Intensité rayonnante relative vs Déplacement angulaire

Ce diagramme polaire illustre le diagramme d'émission de la LED. L'intensité est maximale le long de l'axe central (0°) et diminue à mesure que l'angle augmente. L'angle de vision de 15 degrés est défini là où l'intensité tombe à 50% de son pic. Cette information est vitale pour la conception optique, déterminant l'étalement du faisceau et les tolérances d'alignement dans un système.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dessin des dimensions du boîtier

Le composant est conforme au contour standard du boîtier LED rond T-1 (5mm). Les dimensions clés incluent le diamètre total (5,0mm typique), la hauteur de la lentille et l'écartement des broches (2,54mm ou 0,1 pouce, ce qui est un espacement standard de trous de PCB). Le dessin spécifie les broches anode et cathode, la broche la plus longue étant généralement l'anode. Toutes les tolérances non spécifiées sont de ±0,25mm. Les ingénieurs doivent se référer à ce dessin pour la conception de l'empreinte PCB et les vérifications d'encombrement mécanique.

5.2 Identification de la polarité

Le composant utilise la convention de polarité standard des LED : la broche la plus longue est l'Anode (+), et la broche la plus courte est la Cathode (-). Le boîtier peut également avoir un côté plat sur le bord près de la broche cathode. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement ; une polarisation inverse au-delà de 5V peut endommager le composant.

6. Directives de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est cruciale pour maintenir la fiabilité et les performances du composant.

6.1 Formage des broches

• La flexion doit se produire à au moins 3mm de la base du bulbe en époxy pour éviter les contraintes sur la puce interne et les fils de liaison.
• Le formage doit toujours être effectué avant le processus de soudure.
• Les contraintes mécaniques sur le boîtier pendant le formage doivent être minimisées pour éviter les fissures ou les dommages internes.
• L'alignement des trous du PCB doit être précis pour éviter les contraintes de montage.

6.2 Conditions de stockage

L'environnement de stockage recommandé est à 30°C ou moins et 70% d'Humidité Relative (HR). La durée de conservation dans ces conditions est de 3 mois à partir de l'expédition. Pour un stockage plus long (jusqu'à un an), les composants doivent être conservés dans un conteneur scellé avec une atmosphère d'azote et un dessiccant pour éviter l'absorption d'humidité, ce qui peut affecter la soudabilité et la fiabilité.

6.3 Paramètres de soudure

Une distance minimale de 3mm doit être maintenue entre le joint de soudure et le bulbe en époxy pour éviter les dommages thermiques.

• Soudure manuelle :Température maximale de la pointe du fer : 300°C (pour un fer de 30W), temps de soudure maximum 3 secondes par broche.
• Soudure à la vague/par immersion :Température de préchauffage maximale 100°C pendant jusqu'à 60 secondes. Température maximale du bain de soudure 260°C, avec un temps d'immersion ne dépassant pas 5 secondes.

La fiche technique fournit un profil de température de soudure recommandé, soulignant l'importance d'une montée en température contrôlée, d'une température de pic et de vitesses de refroidissement pour éviter les chocs thermiques. La soudure (par immersion ou manuelle) ne doit pas être effectuée plus d'une fois. Après la soudure, le composant doit être protégé des vibrations jusqu'à ce qu'il refroidisse à température ambiante.

6.4 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire, seul de l'alcool isopropylique à température ambiante doit être utilisé, pendant une durée ne dépassant pas une minute. Le nettoyage par ultrasons est fortement déconseillé car les vibrations à haute fréquence peuvent endommager la structure interne de la LED. Si cela est absolument nécessaire, le processus doit être soigneusement qualifié au préalable.

7. Conditionnement et informations de commande

7.1 Spécification de l'emballage

Les composants sont généralement emballés dans des sacs antistatiques pour éviter les dommages dus aux décharges électrostatiques (ESD). Une configuration d'emballage courante est : 200-500 pièces par sac, 5 sacs placés dans un carton intérieur, et 10 cartons intérieurs placés dans un carton maître (extérieur).

7.2 Spécification du formulaire d'étiquette

L'étiquette sur l'emballage contient des informations critiques pour la traçabilité et l'application correcte :

• P/N :Numéro de produit (HIR323C).
• CAT :Classe d'intensité lumineuse (c'est-à-dire le code de classe : P, Q ou R).
• LOT No :Numéro de lot pour la traçabilité de fabrication.
• D'autres codes peuvent inclure le numéro de pièce client (CPN), la quantité (QTY) et les codes de date.

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Télécommandes infrarouges :Pour téléviseurs, systèmes audio et autres appareils électroniques grand public.
• Détection d'objet/proximité :Dans les appareils électroménagers, les distributeurs automatiques et l'équipement industriel pour détecter la présence ou l'absence d'un objet.
• Interrupteurs et codeurs optiques :Lorsque l'interruption ou la réflexion d'un faisceau infrarouge indique une position ou un mouvement.
• Systèmes de sécurité :Comme partie des faisceaux de détection d'intrusion infrarouge.
• Transmission de données :Pour les liaisons de données série simplex à courte portée (les systèmes compatibles IrDA peuvent nécessiter des composants spécifiques).

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Une LED est un composant commandé en courant. Utilisez toujours une résistance en série ou un pilote à courant constant pour régler le courant direct (IF) à la valeur souhaitée, calculée à partir de la tension d'alimentation (Vcc), de la tension directe de la LED (VF) et du courant souhaité : R = (Vcc - VF) / IF.
• Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu à des courants plus élevés ou dans des températures ambiantes élevées, tenez compte de la courbe de déclassement. Assurez-vous d'une surface de cuivre PCB adéquate ou d'autres moyens pour évacuer la chaleur des broches de la LED.
• Alignement optique :L'angle de vision étroit de 15 degrés nécessite un alignement mécanique minutieux entre l'émetteur et le détecteur pour une force de signal optimale.
• Immunité à la lumière ambiante :Pour les systèmes fonctionnant dans des environnements avec une lumière ambiante variable (par exemple, la lumière du soleil), envisagez de moduler le signal infrarouge à une fréquence spécifique et d'utiliser un récepteur accordé sur cette fréquence pour rejeter le bruit de fond.

9. Comparaison et différenciation technique

Bien que de nombreuses LED infrarouges 5mm existent, le HIR323C se différencie par une combinaison de paramètres. Son intensité rayonnante typique élevée (30 mW/sr à 20mA) le place dans le segment de performance supérieure pour sa taille de boîtier. La tension directe typique très faible (1,45V) améliore l'efficacité énergétique, ce qui est particulièrement précieux dans les applications alimentées par batterie. L'adaptation spécifique aux photodétecteurs au silicium et la conformité aux normes environnementales strictes (sans halogène, REACH) en font un choix adapté pour les conceptions modernes et écologiquement conscientes nécessitant des performances fiables et durables.

10. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

Q1 : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 3,3V ou 5V ?

R : Non. Le courant d'une LED doit être limité. La connecter directement à une source de tension à faible impédance comme une broche MCU provoquerait un courant excessif, risquant de détruire à la fois la LED et la sortie du MCU. Utilisez toujours une résistance de limitation de courant ou un circuit pilote.

Q2 : Quelle est la différence entre les classes P, Q et R ?

R : Elles représentent différents niveaux minimaux garantis de sortie rayonnante. La classe R a la sortie minimale la plus élevée (30 mW/sr), suivie de Q (21 mW/sr), puis de P (15 mW/sr). Choisissez en fonction de la force de signal requise et de la marge de liaison dans votre application.

Q3 : La fiche technique indique un Courant direct de crête de 1A. Puis-je l'utiliser pour des applications pulsées haute puissance ?

R : Oui, mais uniquement dans les conditions strictes indiquées : la largeur d'impulsion doit être de 100 microsecondes ou moins, et le rapport cyclique doit être de 1% ou moins (par exemple, une impulsion de 100μs toutes les 10ms). Cela permet à la LED de gérer une puissance instantanée élevée sans surchauffe.

Q4 : Pourquoi les conditions de stockage et la durée de conservation sont-elles importantes ?

R : Les composants électroniques sous boîtier plastique peuvent absorber l'humidité de l'atmosphère. Pendant le processus de soudure à haute température, cette humidité piégée peut se dilater rapidement, provoquant un délaminage interne ou un effet \"pop-corn\", qui fissure le boîtier et détruit le composant. Le respect des directives de stockage et le pré-séchage (baking) des composants si nécessaire sont essentiels pour une fabrication à haut rendement.

11. Cas pratique de conception et d'utilisation

Cas : Conception d'un capteur de détection d'objet simple.

Une utilisation courante est un capteur à faisceau coupé. Le HIR323C est placé d'un côté d'un passage, et un phototransistor (adapté à 850nm) est placé directement en face. Un microcontrôleur pilote la LED via une résistance de 100Ω à partir d'une alimentation 5V, ce qui donne un courant direct d'environ (5V - 1,45V)/100Ω = 35,5mA. La LED est pulsée à 1kHz avec un rapport cyclique de 50% pour économiser l'énergie et permettre le rejet de la lumière ambiante via une détection synchrone dans le microcontrôleur. La sortie du phototransistor est lue par l'ADC du MCU. Lorsqu'un objet coupe le faisceau, la lecture ADC chute, déclenchant une action. L'angle de vision étroit de 15 degrés du HIR323C aide à créer une zone de détection bien définie, réduisant les déclenchements erronés dus à des objets passant à proximité mais pas dans le faisceau.

12. Introduction au principe

Une diode électroluminescente infrarouge (LED IR) est une diode à jonction p-n semi-conductrice qui émet de la lumière lorsqu'elle est polarisée en direct. Lorsque le courant électrique circule de l'anode (matériau de type p) vers la cathode (matériau de type n), les électrons se recombinent avec les trous dans la région de la jonction, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde de la lumière émise est déterminée par la largeur de bande interdite du matériau semi-conducteur. Pour le HIR323C, le système de matériau GaAlAs a une largeur de bande interdite correspondant à des photons dans la région du proche infrarouge autour de 850 nanomètres. La lentille en époxy transparente est transparente à cette longueur d'onde et est façonnée pour produire le diagramme de rayonnement souhaité (angle de vision).

13. Tendances de développement

La tendance dans la technologie des émetteurs infrarouges continue vers une efficacité plus élevée (plus de puissance optique de sortie par watt électrique d'entrée), ce qui permet soit une portée plus longue, une consommation d'énergie plus faible, ou les deux. Il y a également une tendance à la miniaturisation, les boîtiers pour montage en surface (SMD) devenant plus répandus que les types traversants comme le T-1 pour l'assemblage automatisé. L'intégration est une autre tendance, avec des modules émetteur-capteur combinés et des capteurs intelligents avec traitement du signal intégré devenant courants. De plus, le respect et le dépassement des réglementations environnementales (comme les exigences sans halogène) restent un axe clé pour les fabricants de composants desservant les marchés mondiaux. Bien que la longueur d'onde standard de 850nm reste populaire en raison de la bonne réponse des capteurs au silicium et du faible coût, d'autres longueurs d'onde comme 940nm gagnent du terrain pour les applications où la visibilité de la faible lueur rouge (présente dans certaines LED 850nm) est indésirable.