Fiche technique de l'émetteur LED infrarouge LTE-3271T-A - Longueur d'onde 940nm - Courant élevé & Faible Vf - Boîtier transparent - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTE-3271T-A est une diode électroluminescente (LED) infrarouge (IR) haute performance conçue pour des applications nécessitant une puissance optique robuste et un fonctionnement fiable dans des conditions électriques exigeantes. Sa philosophie de conception centrale vise à délivrer une puissance rayonnante élevée tout en maintenant une tension directe relativement basse, ce qui le rend efficace pour les systèmes où la consommation d'énergie est un critère important. Le composant est conditionné dans une résine transparente, ce qui minimise l'absorption de la lumière infrarouge émise, maximisant ainsi l'efficacité rayonnante externe. Il est conçu pour supporter à la fois les modes de pilotage continu et pulsé, offrant une flexibilité pour diverses applications de détection, de communication et d'éclairage dans le spectre du proche infrarouge.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

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 à ou sous ces limites n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance (P_D) :150 mW. C'est la perte de puissance maximale autorisée à l'intérieur du composant, principalement sous forme de chaleur, calculée comme le produit du courant direct et de la tension directe.
• Courant direct de crête (I_FP) :2 A. Ce courant exceptionnellement élevé n'est autorisé que dans des conditions pulsées spécifiques : une largeur d'impulsion de 10 microsecondes et un taux de répétition d'impulsion ne dépassant pas 300 impulsions par seconde (pps). Cela permet une puissance optique instantanée très élevée pour la mesure de distance à courte portée ou la transmission de données à haute vitesse.
• Courant direct continu (I_F) :100 mA. Le courant continu maximum qui peut être appliqué en continu sans dépasser les limites de dissipation de puissance ou thermiques.
• Tension inverse (V_R) :5 V. Le dépassement de cette tension dans le sens de polarisation inverse peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement et de stockage :Le composant est conçu pour une plage de température ambiante de fonctionnement (T_A) de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des environnements de -55°C à +100°C.
• Température de soudure des broches :320°C pendant 3 secondes, mesurée à une distance de 4,0 mm du corps du boîtier. Cette recommandation est cruciale pour prévenir les dommages thermiques lors de l'assemblage sur carte électronique.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance typique du composant.

• Intensité rayonnante (I_E) :Une métrique clé de la puissance optique de sortie. À un courant direct (I_F) de 100 mA, l'intensité rayonnante typique est de 30 mW/sr. Au courant de test inférieur de 20 mA, elle varie de 6 mW/sr (Min) à 10,5 mW/sr (Typ). L'intensité rayonnante décrit la puissance optique émise par unité d'angle solide.
• Éclairement énergétique (E_e) :0,80 à 1,4 mW/cm² à I_F=20mA. Ce paramètre, parfois appelé irradiance, est utile pour calculer la densité de puissance optique incidente sur une surface à une distance spécifique de l'émetteur.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :940 nm. C'est la longueur d'onde nominale à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. Elle se situe dans le spectre du proche infrarouge (NIR), invisible à l'œil nu mais détectable par les photodiodes au silicium et de nombreux capteurs CMOS/CCD.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :50 nm (Typ). Cela indique la largeur de bande spectrale où l'intensité rayonnante est au moins la moitié de sa valeur de crête. Une valeur de 50 nm est caractéristique du matériau standard de LED infrarouge GaAlAs.
• Tension directe (V_F) :C'est un paramètre électrique critique qui varie avec le courant.
  • À I_F= 50 mA : V_F(Typ) = 1,25V, (Max) = 1,6V.
  • À I_F= 250 mA : V_F(Typ) = 1,65V, (Max) = 2,1V.
  • À I_F= 450 mA : V_F(Typ) = 2,0V, (Max) = 2,4V.
  • À I_F= 1 A : V_F(Typ) = 2,4V, (Max) = 3,0V. La fiche technique met en avant la "faible tension directe" comme caractéristique, ce qui est évident d'après ces valeurs, en particulier aux courants moyens, contribuant à une meilleure efficacité électrique-optique.
• Courant inverse (I_R) :100 µA (Max) à une tension inverse (V_R) de 5V. C'est le courant de fuite lorsque le composant est polarisé en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2) :50° (Typ). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur à 0° (sur l'axe). Un angle de 50° fournit un diagramme de rayonnement large, utile pour l'éclairage de zone ou la détection où l'alignement est moins critique.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs graphiques caractéristiques essentiels pour la conception de circuits et la compréhension des performances dans des conditions non standard.

3.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

La courbe montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme la longueur d'onde de crête à environ 940 nm avec une large demi-largeur spectrale. La forme est typique d'une LED infrarouge, avec la sortie qui diminue des deux côtés du pic. Les concepteurs de systèmes optiques doivent tenir compte de ce spectre pour assurer la compatibilité avec la sensibilité spectrale du détecteur prévu (par exemple, un phototransistor ou une photodiode au silicium avec un filtre).

3.2 Courant direct vs. Température ambiante (Fig. 2)

Ce graphique illustre la déclassement du courant direct continu maximal autorisé lorsque la température ambiante augmente. À 25°C, les 100 mA complets sont autorisés. Lorsque la température augmente, le courant maximal doit être réduit linéairement pour éviter de dépasser la limite de dissipation de puissance de 150 mW et pour gérer la température de jonction. C'est un graphique crucial pour assurer la fiabilité à long terme dans des environnements à haute température.

3.3 Courant direct vs. Tension directe (Fig. 3)

C'est la courbe caractéristique courant-tension (I-V). Elle montre la relation exponentielle typique d'une diode. La courbe est essentielle pour concevoir le circuit de pilotage à limitation de courant. La pente de la courbe dans la région de fonctionnement aide à déterminer la résistance dynamique de la LED. Le graphique confirme visuellement la caractéristique de faible V_Fsur une large plage de courant.

3.4 Intensité rayonnante relative vs. Courant direct (Fig. 4)

Ce tracé montre comment la puissance optique de sortie (normalisée par rapport à sa valeur à 20 mA) augmente avec le courant direct. La relation est généralement linéaire aux courants plus faibles mais peut montrer des signes de saturation ou d'efficacité réduite aux courants très élevés en raison des effets thermiques accrus et de la baisse d'efficacité quantique interne. Cette courbe aide les concepteurs à choisir un point de fonctionnement qui équilibre la puissance de sortie avec l'efficacité et la contrainte sur le composant.

3.5 Intensité rayonnante relative vs. Température ambiante (Fig. 5)

Ce graphique représente la dépendance de la puissance optique de sortie à la température. Typiquement, l'intensité rayonnante d'une LED diminue lorsque la température de jonction augmente. Cette courbe quantifie cette baisse, montrant la puissance de sortie normalisée par rapport à sa valeur à 20 mA sur une plage de température de -20°C à 80°C. Cette information est vitale pour les applications nécessitant une puissance optique stable dans des conditions environnementales variables.

3.6 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce diagramme polaire fournit une visualisation détaillée du modèle d'émission spatiale. Les cercles concentriques représentent les niveaux d'intensité rayonnante relative (par exemple, 1,0, 0,9, 0,7). Le tracé confirme le large angle de vision, montrant comment l'intensité se distribue selon différents angles de 0° à 90°. Ce diagramme est indispensable pour la conception optique, permettant aux ingénieurs de modéliser le profil d'éclairage sur une surface cible.

4. Informations mécaniques et de conditionnement

4.1 Dimensions du boîtier

Le composant utilise un format de boîtier LED standard avec une collerette pour la stabilité mécanique et la dissipation thermique. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec des tolérances généralement de ±0,25 mm sauf indication contraire.
• Une petite protubérance de résine sous la collerette est autorisée, avec une hauteur maximale de 1,5 mm.
• 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 sur carte électronique.
• Les broches sont plaquées à l'étain pour assurer une bonne soudabilité.

Le matériau du boîtier transparent est spécifiquement choisi pour les émetteurs infrarouges car il a une absorption minimale dans la région des 940 nm, contrairement aux boîtiers en époxy colorés utilisés pour les LED visibles qui bloqueraient la lumière IR.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Pour garantir l'intégrité du composant lors de l'assemblage sur carte électronique, les recommandations suivantes doivent être respectées :

• Soudure manuelle :Si une soudure manuelle est nécessaire, elle doit être effectuée rapidement, en appliquant la chaleur sur la broche et non sur le corps du boîtier.
• Soudure à la vague :Les profils de soudure à la vague standard peuvent être utilisés, mais le temps total d'exposition à la chaleur de soudure doit être minimisé.
• Soudure par refusion :Le composant peut supporter une température de broche de 320°C pendant un maximum de 3 secondes, comme spécifié. Les profils de refusion standard par infrarouge ou convection avec une température de pic inférieure à cette limite sont adaptés. La spécification de distance de 4,0 mm garantit que la masse thermique de la broche protège la jonction semi-conductrice sensible à l'intérieur du boîtier.
• Nettoyage :Après soudure, les processus de nettoyage standard de carte électronique peuvent être utilisés, mais la compatibilité avec la résine transparente doit être vérifiée.
• Stockage :Les composants doivent être stockés dans leurs sacs barrières à l'humidité d'origine dans un environnement situé dans la plage de température de stockage spécifiée (-55°C à +100°C) et à faible humidité pour prévenir l'oxydation des broches.

6. Suggestions d'application

6.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage infrarouge :Pour les caméras de sécurité, les systèmes de vision nocturne et l'éclairage pour vision industrielle où un éclairage invisible est requis.
• Détection de proximité et de présence :Dans les robinets automatiques, les distributeurs de savon, les sèche-mains et les interrupteurs sans contact. Le large angle de vision est bénéfique ici.
• Commutateurs et codeurs optiques :Pour détecter la position, la rotation ou le mouvement en interrompant ou en réfléchissant le faisceau IR.
• Communication de données à courte portée :Dans les appareils compatibles IrDA ou les liaisons de données série simples (par exemple, télécommandes, communication inter-appareils). La capacité de courant d'impulsion élevée supporte la transmission de données modulées.
• Détection industrielle :Comptage d'objets, détection de niveau et capteurs à barrière optique.

6.2 Considérations de conception

• Pilotage en courant :Une LED est un composant piloté en courant. Utilisez toujours une résistance série limitant le courant ou un circuit de pilotage à courant constant. La valeur de la résistance est calculée en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F, en utilisant la V_Fmaximale de la fiche technique pour garantir que le courant ne dépasse pas la valeur souhaitée.
• Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu à des courants élevés (par exemple, proche de 100 mA), considérez la dissipation de puissance (P_D= V_F* I_F). Assurez une surface de cuivre sur carte électronique ou un dissipateur thermique adéquat pour maintenir la température de jonction dans des limites sûres, en particulier à des températures ambiantes élevées.
• Fonctionnement en mode pulsé :Pour atteindre une puissance optique de crête très élevée, utilisez la spécification du mode pulsé (2A, 10µs, 300pps). Cela nécessite un circuit de pilotage capable de délivrer des impulsions à courant élevé, tel qu'un MOSFET commandé par un générateur d'impulsions.
• Conception optique :Prenez en compte le diagramme de rayonnement (Fig. 6) lors de la conception de lentilles, de réflecteurs ou d'ouvertures pour façonner le faisceau pour l'application spécifique. La lentille transparente est hémisphérique, affectant la divergence initiale.
• Appariement avec le détecteur :Associez l'émetteur à un photodétecteur (photodiode, phototransistor) ayant une sensibilité de crête autour de 940 nm. L'utilisation d'un filtre IR sur le détecteur peut aider à rejeter la lumière visible ambiante.

7. Comparaison et différenciation technique

Bien que la fiche technique ne compare pas de composants concurrents spécifiques, les principales caractéristiques différenciantes du LTE-3271T-A peuvent être déduites :

• Capacité de courant élevée :La combinaison d'un courant de crête de 2A et d'un courant continu de 100mA est remarquable pour un boîtier LED standard, offrant une grande flexibilité de sortie.
• Faible tension directe :Une V_Fd'environ 1,25V à 50mA est relativement basse pour un émetteur IR haute puissance, conduisant à une meilleure efficacité énergétique et à une génération de chaleur réduite par rapport aux composants ayant une V_F.
• plus élevée.Boîtier transparent :
• Contrairement aux boîtiers teintés qui atténuent la sortie, celui-ci maximise l'efficacité quantique externe pour la lumière IR.Large angle de vision :

Le demi-angle de 50° offre une couverture large, ce qui est un avantage pour l'éclairage de zone par rapport aux alternatives à faisceau plus étroit.

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

Q1 : Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche d'un microcontrôleur 5V ?

R : Non. Une broche GPIO d'un microcontrôleur ne peut généralement pas fournir plus de 20-50mA et a une tension fixe proche de 5V ou 3,3V. Vous devez utiliser une résistance limitant le courant et probablement un transistor (BJT ou MOSFET) comme interrupteur pour piloter la LED, en particulier à des courants supérieurs à 20mA.

Q2 : Quelle est la différence entre l'Intensité rayonnante (mW/sr) et l'Éclairement énergétique (mW/cm²) ?R : L'Intensité rayonnante est une mesure de la puissance que la source émetpar unité d'angle solide(stéradian). Elle décrit la directivité de la source. L'Éclairement énergétique (ou Irradiance) est la puissancepar unité de surface

incidente sur une surface à une distance spécifique. Elles sont liées par la loi de l'inverse du carré (pour une source ponctuelle) et l'angle de vision.

Q3 : Pourquoi la longueur d'onde de crête de 940nm est-elle significative ?

R : 940nm est une longueur d'onde très courante pour les systèmes IR car elle est en dehors du spectre visible (invisible), et les détecteurs à base de silicium (photodiodes, capteurs de caméra) ont encore une sensibilité raisonnablement bonne à cette longueur d'onde. Elle évite également la longueur d'onde de 850nm, qui a une faible lueur rouge pouvant être visible dans l'obscurité.

Q4 : Comment interpréter les graphiques d'"Intensité rayonnante relative" ?R : Ces graphiques montrent comment la puissance lumineusevarie_Fpar rapport à une condition de référence (généralement à I_A=20mA et T

=25°C). Ils ne donnent pas de valeurs de sortie absolues. Pour trouver la puissance de sortie absolue à un courant différent, vous multiplieriez le facteur relatif de la Fig. 4 par la valeur d'intensité rayonnante absolue donnée dans le tableau pour 20mA.

9. Étude de cas pratique de conception

1. Scénario : Conception d'un capteur de proximité pour un interrupteur sans contact.Objectif :
2. Détecter une main à moins de 10 cm du capteur.
   • Choix de conception :_FFaire fonctionner le LTE-3271T-A en mode continu à I_F= 50mA pour un éclairage constant. D'après la fiche technique, V
   • ≈ 1,4V (typique).
   • L'alimentation est de 5V. Résistance série R = (5V - 1,4V) / 0,05A = 72Ω. Utiliser une résistance standard de 75Ω.
   • Placer un phototransistor au silicium apparié en face de l'émetteur, avec un petit espace entre eux (configuration "barrière optique"). Lorsqu'une main interrompt le faisceau, le signal du détecteur chute.
   • Alternativement, utiliser une configuration réfléchissante où l'émetteur et le détecteur font face à la même direction. Le large angle de vision de 50° du LTE-3271T-A aide à couvrir une zone de détection plus grande. Le signal sur le détecteur augmentera lorsqu'une main réfléchira la lumière.
   • Utiliser un circuit à amplificateur opérationnel pour amplifier le faible photocourant du détecteur et le comparer à un seuil défini par un potentiomètre pour tenir compte des variations de lumière ambiante._DConsidération thermique : Dissipation de puissance P

= 1,4V * 0,05A = 70mW, ce qui est bien en dessous du maximum de 150mW. Aucun dissipateur thermique spécial n'est nécessaire.

10. Introduction au principe technique

Les LED infrarouges comme le LTE-3271T-A sont des dispositifs semi-conducteurs basés sur des matériaux tels que l'Arséniure de Gallium-Aluminium (GaAlAs). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active de la jonction semi-conductrice. L'énergie libérée lors de cette recombination est émise sous forme de photons (lumière). La longueur d'onde spécifique de 940 nm est déterminée par l'énergie de la bande interdite du matériau semi-conducteur, qui est conçue lors du processus de croissance cristalline. Le boîtier en époxy transparent agit comme une lentille, façonnant le diagramme de rayonnement de la lumière émise et fournissant une protection environnementale. La caractéristique de "faible tension directe" est obtenue grâce à des profils de dopage et une qualité de matériau optimisés, réduisant la chute de tension aux bornes de la jonction pour un courant donné, ce qui améliore directement l'efficacité de conversion électrique-optique.

11. Tendances et évolutions de l'industrie

• Le domaine de l'optoélectronique infrarouge continue d'évoluer. Les tendances pertinentes pour les composants comme le LTE-3271T-A incluent :Densité de puissance accrue :
• La recherche en cours vise à intégrer plus de puissance optique dans des boîtiers de même taille ou plus petits tout en gérant la dissipation thermique, poussée par les demandes de détection et d'éclairage à plus longue portée.Efficacité améliorée :
• Le développement de nouveaux matériaux et structures semi-conducteurs (par exemple, puits quantiques multiples) cherche à augmenter l'Efficacité Électrique-Optique (Wall-Plug Efficiency - WPE), qui est le rapport entre la puissance optique de sortie et la puissance électrique d'entrée.Intégration :
• Il existe une tendance à intégrer l'émetteur IR avec un circuit de pilotage (driver IC) ou même avec un photodétecteur dans un module unique, simplifiant la conception du système pour les utilisateurs finaux.Spécificité de longueur d'onde :
• Bien que 940nm reste dominant, l'utilisation d'autres longueurs d'onde IR (par exemple, 850nm, 1050nm) se développe pour des applications spécifiques comme le LiDAR sans danger pour les yeux ou la compatibilité avec différents types de capteurs.Innovations en conditionnement :