Fiche technique LTE-3371T - Émetteur IR haute puissance 940nm - Tension directe 1,6V - 150mW - Boîtier transparent - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-3371T est un émetteur infrarouge (IR) haute performance conçu pour les applications nécessitant une puissance optique robuste et un fonctionnement fiable dans des conditions électriques exigeantes. Sa philosophie de conception repose sur la délivrance d'une puissance rayonnante élevée tout en maintenant une faible chute de tension directe, ce qui le rend efficace aussi bien en régime continu qu'en régime pulsé. Le dispositif émet une lumière à une longueur d'onde pic de 940 nanomètres, idéale pour les applications où la visibilité à l'œil nu est indésirable, comme dans les systèmes de vision nocturne, les télécommandes et les capteurs optiques.

L'émetteur est logé dans un boîtier transparent qui maximise l'extraction de la lumière et offre un large angle de vision, garantissant des diagrammes de rayonnement uniformes. Ce produit est particulièrement adapté aux applications industrielles, automobiles et d'électronique grand public où une performance constante sur une plage de températures et de courants est critique.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques et optiques spécifiés 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 au dispositif peuvent survenir. Elles ne sont pas destinées au fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance (150 mW) :C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (T_A) de 25°C. Dépasser cette limite risque de surchauffer la jonction semi-conductrice, entraînant une dégradation accélérée ou une défaillance catastrophique. Les concepteurs doivent s'assurer que la gestion thermique du PCB et de l'environnement maintient la température de jonction dans des limites sûres, en particulier lors d'un fonctionnement à des courants continus élevés.
• Courant direct de crête (2 A @ 300pps, impulsion de 10μs) :Le dispositif peut supporter des courants instantanés très élevés, mais uniquement dans des conditions pulsées spécifiques (300 impulsions par seconde, chacune d'une largeur de 10 microsecondes). Cette valeur est cruciale pour des applications comme la communication infrarouge, où les données sont transmises par salves courtes et de haute puissance. Le courant moyen pendant le fonctionnement pulsé doit toujours être géré pour rester dans les limites du courant continu et de la dissipation de puissance.
• Courant direct continu (100 mA) :Le courant continu maximum qui peut traverser le dispositif indéfiniment dans des conditions spécifiées. Fonctionner près de cette limite nécessite un excellent dissipateur thermique.
• Tension inverse (5 V) :La tension maximale qui peut être appliquée dans le sens inverse. La dépasser peut provoquer un claquage et une défaillance immédiate. Une protection du circuit, telle qu'une résistance en série ou une diode de protection en parallèle, est souvent nécessaire.
• Plages de température de fonctionnement et de stockage :Le dispositif est conçu pour des plages de température de qualité industrielle (-40°C à +85°C en fonctionnement, -55°C à +100°C en stockage), indiquant une robustesse pour les environnements difficiles.
• Température de soudure des broches (260°C pendant 5 secondes) :Fournit des directives pour la soudure à la vague ou manuelle, en spécifiant la température maximale et le temps pendant lesquels les broches peuvent être exposées à 1,6 mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (T_A=25°C) et définissent la performance du dispositif.

• Éclairement énergétique d'ouverture (E_e) & Intensité énergétique (I_E) :Ce sont les paramètres de sortie optique fondamentaux. E_emesure la densité de puissance (mW/cm²), tandis que I_Emesure la puissance émise par angle solide (mW/sr). Les deux sont testés à un courant direct (I_F) de 20mA. Les valeurs sont triées (voir Section 3), avec des plages typiques allant de 0,64-1,20 mW/cm² (Bin B) jusqu'à 4,0 mW/cm² (Bin G). Les bins supérieurs délivrent une puissance optique significativement plus importante.
• Longueur d'onde d'émission pic (λ_pic) :Nominalement 940 nm. Cette longueur d'onde est efficacement détectée par les photodiodes au silicium et est largement invisible, ce qui la rend parfaite pour un éclairage discret.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :Approximativement 50 nm. Ceci spécifie la largeur de bande spectrale ; une largeur plus étroite indique une source plus monochromatique, ce qui peut être important pour filtrer la lumière ambiante dans les applications de détection.
• Tension directe (V_F) :Un paramètre clé d'efficacité électrique. La V_Ftypique est de 1,6V à 50mA et de 2,1V à 250mA. La V_Frelativement faible à courant élevé (1,65V min, 2,1V max @ 250mA) est une caractéristique mise en avant, réduisant la perte de puissance et la génération de chaleur dans la LED elle-même.
• Courant inverse (I_R) :Maximum 100 μA à une tension inverse (V_R) de 5V. Un faible courant de fuite est souhaitable.
• Angle de vision (2θ_1/2) :40 degrés (minimum). C'est l'angle total pour lequel l'intensité énergétique chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un large angle de vision de 40° fournit un éclairage large et uniforme, adapté à des applications comme les capteurs de proximité ou l'éclairage de zone.

3. Explication du système de tri (Binning)

Le LTE-3371T utilise un système de tri rigoureux pour sa sortie rayonnante, catégorisé du Bin B au Bin G. Ce système garantit la cohérence au sein d'un lot de production et permet aux concepteurs de sélectionner des dispositifs correspondant à leurs besoins spécifiques en puissance optique.

• Tri par puissance optique :Le paramètre de tri principal est l'intensité énergétique (I_E) et l'éclairement énergétique d'ouverture (E_e). Par exemple, les dispositifs du Bin D ont une plage typique de I_Ede 8,42-16,84 mW/sr, tandis que les dispositifs du Bin G sont spécifiés à 30 mW/sr (minimum). Aucune limite supérieure n'est spécifiée pour le Bin G, indiquant qu'il représente les unités les plus performantes de la production.
• Impact sur la conception :Lors de la conception d'un système, spécifier le code de bin est essentiel pour une performance prévisible. Utiliser un bin inférieur peut nécessiter un courant d'attaque plus élevé pour obtenir la même sortie optique qu'un bin supérieur, affectant l'efficacité du système et la conception thermique. Pour les applications sensibles au coût, un bin inférieur peut suffire, tandis que les systèmes haute performance nécessiteront les Bins E, F ou G.
• Cohérence de longueur d'onde :La fiche technique spécifie une seule longueur d'onde pic (940nm) sans tri, suggérant un contrôle strict du procédé de croissance épitaxiale, résultant en des caractéristiques spectrales cohérentes pour tous les bins.

4. Analyse des courbes de performance

Les graphiques fournis offrent des informations cruciales sur le comportement du dispositif dans des conditions non standard.

4.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

Cette courbe confirme l'émission pic à 940nm et la demi-largeur spectrale d'environ 50nm. La forme est typique d'un émetteur IR à base d'AlGaAs. La courbe montre une émission minimale dans le spectre visible, confirmant sa nature discrète.

4.2 Courant direct vs Température ambiante (Fig. 2)

Cette courbe de déclassement est critique pour la gestion thermique. Elle montre que le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente. À 85°C, le courant maximal autorisé est significativement inférieur à la valeur nominale de 100mA à 25°C. Les concepteurs doivent utiliser ce graphique pour déterminer le courant de fonctionnement sûr pour la pire température ambiante de leur application.

4.3 Courant direct vs Tension directe (Fig. 3)

C'est la courbe I-V standard, montrant la relation exponentielle. La courbe permet aux concepteurs d'estimer la chute de tension et la dissipation de puissance (V_F* I_F) pour tout courant de fonctionnement donné, ce qui est vital pour sélectionner une résistance limiteur de courant ou un circuit de commande approprié.

4.4 Intensité énergétique relative vs Température ambiante (Fig. 4) & Courant direct (Fig. 5)

La figure 4 montre que la sortie optique diminue lorsque la température augmente (un coefficient de température négatif), une caractéristique commune des LED. La figure 5 montre l'augmentation super-linéaire de la sortie avec le courant. Bien que la sortie augmente avec le courant, l'efficacité diminue souvent à des courants très élevés en raison de l'augmentation de la chaleur. Ces courbes aident à équilibrer le compromis entre puissance de sortie, efficacité et durée de vie du dispositif.

4.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce tracé polaire représente visuellement l'angle de vision. Les cercles concentriques représentent l'intensité relative (de 0 à 1,0). Le tracé confirme le large diagramme d'émission, approximativement lambertien (en cosinus), avec une intensité tombant à la moitié de sa valeur pic à environ ±20° de l'axe central (40° au total).

5. Informations mécaniques et de conditionnement

Le dispositif utilise un boîtier traversant standard avec une lentille en résine transparente. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres, avec une tolérance standard de ±0,25mm sauf indication contraire.
• Une protubérance maximale de résine de 1,5mm sous la collerette est autorisée, ce qui doit être pris en compte pour l'espacement du PCB et le nettoyage.
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier, ce qui est critique pour la conception de l'empreinte PCB.
• Le boîtier comprend une collerette, qui aide à la stabilité mécanique pendant le soudage et fournit une référence visuelle et physique pour l'orientation.

Identification de la polarité :La fiche technique implique la polarité standard d'une LED (généralement, la broche la plus longue est l'anode). Cependant, les concepteurs doivent toujours vérifier le dessin spécifique du boîtier pour le marquage anode/cathode, souvent indiqué par un méplat sur la collerette du boîtier ou une encoche.

6. Directives de soudage et d'assemblage

Le respect de ces directives est essentiel pour la fiabilité.

• Soudage :La valeur maximale absolue spécifie le soudage des broches à 260°C pendant un maximum de 5 secondes, mesuré à 1,6 mm du corps du boîtier. Ceci est compatible avec les procédés de soudage à la vague ou manuel standard. Pour le soudage par refusion, un profil avec une température pic inférieure à 260°C et un temps limité au-dessus du liquidus doit être utilisé pour éviter les dommages thermiques au boîtier plastique ou à la liaison interne de la puce.
• Manipulation :Les précautions standard contre les décharges électrostatiques (ESD) doivent être observées, car la jonction semi-conductrice peut être endommagée par l'électricité statique.
• Nettoyage :Le boîtier en résine transparente peut être sensible à certains solvants agressifs. La compatibilité doit être vérifiée si un nettoyage post-soudure est requis.
• Stockage :Les dispositifs doivent être stockés dans la plage de température spécifiée (-55°C à +100°C) dans un environnement à faible humidité et non corrosif. Les dispositifs sensibles à l'humidité doivent être conservés dans des sacs scellés avec un dessicant s'ils ne sont pas séchés avant utilisation.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage infrarouge pour vidéosurveillance/vision nocturne :Des réseaux de ces émetteurs peuvent être utilisés pour fournir un éclairage discret aux caméras de sécurité équipées de capteurs sensibles à l'IR.
• Détection de proximité et de présence :Couplé à un photodétecteur, l'émetteur peut être utilisé dans les interrupteurs sans contact, la détection d'objets et la détection de niveau de liquide.
• Transmission de données optique :Adapté aux liaisons de communication IR à courte portée et faible débit de données (par exemple, télécommandes, télémétrie industrielle) grâce à sa capacité en courant pulsé élevé.
• Automatisation industrielle :Utilisé dans les codeurs optiques, le comptage d'objets sur les lignes de production et les capteurs à faisceau coupé.

7.2 Considérations de conception

• Commande de courant :Une LED est un dispositif commandé en courant. Utilisez toujours une source de courant constant ou une résistance limiteur de courant en série avec une source de tension. La valeur de la résistance est calculée comme R = (V_alimentation- V_F) / I_F. Utilisez la V_Fmaximale de la fiche technique pour garantir que le courant ne dépasse pas la valeur souhaitée dans toutes les conditions.
• Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu à des courants élevés (par exemple, >50mA), considérez la dissipation de puissance (P_D= V_F* I_F). Assurez-vous que le PCB a une surface de cuivre adéquate (plots thermiques) pour évacuer la chaleur des broches. Reportez-vous à la courbe de déclassement (Fig. 2).
• Conception optique :Le large angle de vision peut nécessiter des lentilles ou des réflecteurs pour collimater la lumière pour les applications à longue portée. Pour un éclairage diffus, le large angle est bénéfique.
• Protection électrique :Envisagez d'ajouter une résistance de faible valeur en série avec la LED pour limiter le courant d'appel et une diode de protection en inverse parallèle aux bornes de la LED si le circuit de commande pourrait induire une tension inverse.

8. Comparaison et différenciation techniques

Sur la base de ses spécifications, le LTE-3371T se différencie dans plusieurs domaines clés :

• Capacité en courant élevé :Le courant pulsé de crête de 2A est remarquablement élevé pour un dispositif de ce type de boîtier, permettant des impulsions très lumineuses et de courte durée, idéales pour la détection ou la communication à longue portée.
• Faible tension directe :La V_Ftypique de 1,6V à 50mA est relativement faible pour un émetteur IR haute puissance. Cela se traduit directement par une efficacité électrique plus élevée et moins de chaleur gaspillée pour une sortie optique donnée par rapport aux dispositifs avec une V_F.
• plus élevée.Large angle de vision & Boîtier transparent :
• La combinaison fournit une sortie lumineuse uniforme et à haut rendement sans l'effet diffusant d'un boîtier teinté, maximisant le flux total délivré.Classe de température industrielle :

La plage de fonctionnement de -40°C à +85°C le rend adapté aux applications automobiles et extérieures où les composants de qualité commerciale standard pourraient échouer.

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

9.1 Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?Non, pas directement._FUne broche GPIO de microcontrôleur fournit typiquement un courant limité (par exemple, 20-40mA) et ne pourrait pas fournir la marge de tension nécessaire. Vous devez utiliser un circuit de commande. La méthode la plus simple est une résistance en série : Pour une alimentation de 5V et un I_Fcible de 50mA, en utilisant la V²maximale de 1,6V, R = (5V - 1,6V) / 0,05A = 68Ω. La puissance nominale de la résistance doit être P = I²² * R = (0,05)² * 68 = 0,17W, donc une résistance de 1/4W est suffisante.

9.2 Quelle est la différence entre l'Intensité énergétique (mW/sr) et l'Éclairement énergétique d'ouverture (mW/cm²) ?

L'Intensité énergétique (I_E)) est une mesure de la quantité de puissance optique que la source émetpar unité d'angle solidedans une direction spécifique (généralement sur l'axe). Elle décrit la "concentration" du faisceau.L'Éclairement énergétique d'ouverture (E_e)) est la densité de puissance (puissance par unité de surface) mesurée à une distance spécifique, typiquement sur la surface active d'un détecteur placé perpendiculairement au faisceau. Pour une LED donnée, ils sont liés, mais I_Eest plus fondamental pour caractériser la source elle-même, tandis que E_eest plus pratique pour calculer le signal sur un détecteur spécifique.

9.3 Pourquoi la sortie optique diminue-t-elle avec l'augmentation de la température (Fig. 4) ?

Cela est dû à plusieurs phénomènes de physique des semi-conducteurs. Principalement, l'augmentation de la température accroît la probabilité d'événements de recombinaison non radiative dans la région active de la LED. Au lieu de produire un photon (lumière), l'énergie de la paire électron-trou qui se recombine est convertie en vibrations du réseau (chaleur). Cela réduit l'efficacité quantique interne du dispositif. De plus, la longueur d'onde d'émission pic peut légèrement se déplacer avec la température.

10. Étude de cas de conception pratique

Scénario :Conception d'un capteur de proximité IR à courte portée (1 mètre) pour détecter la présence d'un objet.

• Commande de l'émetteur :Utilisez le LTE-3371T (Bin D pour une bonne sortie). Pilotez-le avec une impulsion de 100mA, 1ms toutes les 100ms (cycle de service de 1%) à partir d'une alimentation 5V via un interrupteur MOSFET. Le courant moyen est de 1mA, bien dans les limites. Une résistance en série de (5V - 2,1V_max)/0,1A ≈ 30Ω est nécessaire.
• Détecteur :Utilisez un phototransistor ou une photodiode au silicium avec un pic de réponse spectrale proche de 940nm. Placez-le à quelques centimètres de l'émetteur pour éviter un couplage direct.
• Optique :Le large angle de vision de 40° du LTE-3371T est parfait pour créer un "rideau de lumière" diffus devant la paire de capteurs. Aucune lentille supplémentaire n'est requise pour cette application diffuse à courte portée.
• Traitement du signal :La sortie du détecteur montrera un niveau de base (lumière ambiante) et un pic lorsque l'impulsion émise se réfléchit sur un objet proche. Un circuit de détection synchrone (cherchant le signal uniquement pendant l'impulsion de 1ms) peut grandement améliorer l'immunité au bruit de la lumière ambiante.

11. Principe de fonctionnement

Le LTE-3371T est une diode électroluminescente (LED) semi-conductrice. Son fonctionnement est basé sur l'électroluminescence dans un matériau semi-conducteur à bande interdite directe, probablement de l'Arséniure de Gallium-Aluminium (AlGaAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée, des électrons sont injectés de la région de type n et des trous de la région de type p dans la région active (la jonction p-n). Ces porteurs de charge se recombinent, libérant de l'énergie. Dans un matériau à bande interdite directe comme l'AlGaAs, cette énergie est principalement libérée sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de 940nm est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur utilisé dans la couche active, qui est conçue pendant le procédé de croissance épitaxiale. Le boîtier en époxy transparent sert à protéger la puce semi-conductrice, à fournir un support mécanique pour les broches et à agir comme une lentille pour façonner la sortie lumineuse émise.

12. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges de l'optoélectronique. Les principaux domaines de développement incluent :

• Augmentation de la densité de puissance et de l'efficacité :Les améliorations continues de la croissance épitaxiale et de la conception des puces visent à extraire plus de puissance optique d'une taille de puce donnée tout en minimisant la tension directe, améliorant directement l'efficacité en lumens par watt (ou watts électriques en watts optiques).
• Conditionnement avancé :Les tendances incluent les boîtiers CMS (composants montés en surface) avec une performance thermique améliorée (par exemple, les conceptions "chip-on-board" ou COB), permettant des courants de fonctionnement continus plus élevés et une meilleure fiabilité. Il y a également un développement de boîtiers avec lentilles intégrées ou diffuseurs pour des diagrammes de faisceau spécifiques.
• Multi-longueurs d'onde et VCSEL :Pour les applications de détection comme le temps de vol (ToF) et le LiDAR, il y a une croissance significative des lasers à émission par la surface à cavité verticale (VCSEL), qui offrent une largeur spectrale plus étroite, des vitesses de modulation plus rapides et une divergence plus faible que les émetteurs LED traditionnels comme le LTE-3371T. Cependant, les LED restent très rentables et fiables pour de nombreuses applications.
• Intégration avec les pilotes :Il y a une tendance vers des composants plus intelligents, certains émetteurs intégrant des circuits de commande simples ou des fonctionnalités de protection (comme des diodes ESD) dans le boîtier.

Le LTE-3371T, avec son accent sur la capacité en courant pulsé élevé, la faible V_Fet sa construction robuste, représente une solution mature et fiable dans ce paysage en évolution, particulièrement adaptée aux applications où un éclairage IR haute puissance et rentable est requis.