Fiche technique de l'émetteur infrarouge LED LTE-7377LM1-TA - Haute vitesse, haute puissance, boîtier bleu - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'un composant émetteur infrarouge (IR) haute performance. Le dispositif est conçu pour des applications nécessitant des temps de réponse rapides et une puissance optique de sortie significative. Sa philosophie de conception centrale repose sur la fiabilité et l'efficacité dans des environnements de fonctionnement en impulsions, le rendant adapté à une gamme de systèmes de détection et de communication. Le composant est logé dans un boîtier bleu transparent distinctif, ce qui peut faciliter l'identification visuelle lors de l'assemblage et peut offrir des propriétés de filtrage ou de transmission spécifiques pour la longueur d'onde émise.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Les valeurs maximales absolues définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Ces valeurs ne sont pas pour un fonctionnement continu mais représentent des seuils qui ne doivent en aucun cas être dépassés.

• Dissipation de puissance (P_D) :200 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le dispositif peut dissiper sous forme de chaleur. Dépasser cette limite risque d'entraîner un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) :2 A. Cette valeur s'applique dans des conditions d'impulsion spécifiques (100 impulsions par seconde, largeur d'impulsion de 10 µs). Elle indique la capacité du dispositif à gérer des courants instantanés très élevés pendant de courtes durées, ce qui est crucial pour générer des impulsions optiques de haute intensité.
• Courant direct continu (I_F) :100 mA. Le courant continu maximum qui peut traverser le dispositif en continu sans dégrader ses performances ou sa durée de vie.
• Tension inverse (V_R) :5 V. La tension maximale qui peut être appliquée dans le sens de polarisation inverse. La dépasser peut provoquer un claquage de la jonction.
• Plage de température de fonctionnement (T_A) :-40°C à +85°C. La plage de température ambiante dans laquelle le dispositif est garanti de respecter ses spécifications publiées.
• Plage de température de stockage (T_stg) :-55°C à +100°C. La plage de température pour un stockage non opérationnel sans dégradation.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm du corps du boîtier. Ceci définit la tolérance du profil thermique pour les processus de soudure à la vague ou manuelle.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont mesurés à une température ambiante standard de 25°C et définissent la performance typique du dispositif dans des conditions de test spécifiées.

• Intensité rayonnante (I_E) :35 mW/sr (Minimum). Mesurée avec un courant direct (I_F) de 50mA. L'intensité rayonnante décrit la puissance optique émise par unité d'angle solide (stéradian), indiquant la luminosité de la source depuis une direction spécifique.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :880 nm (Typique). C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique de sortie est maximale. 880nm se situe dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil humain mais détectable par les photodiodes au silicium et de nombreux capteurs.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :50 nm (Maximum). Ce paramètre, également connu sous le nom de Largeur à Mi-Hauteur (FWHM), indique la largeur de bande spectrale de la lumière émise. Une valeur de 50nm montre qu'il ne s'agit pas d'une source monochromatique mais qu'elle émet sur une plage de longueurs d'onde centrée autour de 880nm.
• Tension directe (V_F) :1,5V (Min), 1,75V (Typ), 2,1V (Max). Mesurée à un courant pulsé élevé de 350mA (100pps, impulsion de 10µs). C'est la chute de tension aux bornes de la diode lorsqu'elle est polarisée en direct et qu'elle conduit. Elle est cruciale pour concevoir le circuit de commande et calculer la dissipation de puissance.
• Courant inverse (I_R) :100 µA (Maximum). Le courant de fuite lorsqu'une tension inverse de 5V est appliquée. Une valeur faible est souhaitable.
• Temps de montée/descente (T_r/T_f) :40 nS (Maximum). Ceci définit la vitesse de commutation du dispositif, mesurée comme le temps pour que la sortie optique passe de 10% à 90% de sa valeur finale (montée) et vice-versa (descente). La spécification de 40ns confirme son aptitude aux applications de modulation haute vitesse et aux applications pulsées.
• Angle de vision (2θ_1/2) :16 degrés (Typique). C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un angle de 16° indique un faisceau relativement étroit, utile pour un éclairage directionnel ou une détection sur un chemin spécifique.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques qui sont essentielles pour une analyse de conception détaillée. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits dans le texte fourni, leur contenu typique et leur signification sont expliqués ci-dessous.

3.1 Courant direct vs. tension directe (Courbe I-V)

Ce graphique montre la relation entre le courant traversant la diode et la tension à ses bornes. Elle est non linéaire, présentant une tension de seuil (environ 1,2-1,4V pour les LED IR au GaAs) après laquelle le courant augmente rapidement avec une faible augmentation de tension. Les concepteurs utilisent cette courbe pour sélectionner des résistances de limitation de courant appropriées ou concevoir des pilotes à courant constant.

3.2 Intensité rayonnante vs. courant direct

Ce tracé illustre comment la puissance optique de sortie augmente avec le courant de commande. Elle est typiquement linéaire sur une large plage mais peut saturer à des courants très élevés en raison d'effets thermiques et d'une baisse d'efficacité interne. La pente de cette ligne est liée à l'efficacité quantique externe du dispositif.

3.3 Intensité rayonnante vs. température ambiante

Cette courbe démontre la dépendance de la sortie optique à la température. Pour les LED, l'intensité rayonnante diminue généralement lorsque la température de jonction augmente. Ce facteur de déclassement est critique pour concevoir des systèmes fonctionnant sur toute la plage de température (-40°C à +85°C) afin d'assurer des performances constantes.

3.4 Distribution spectrale

Un graphique montrant la puissance optique relative émise en fonction de la longueur d'onde. Il présenterait un pic à la longueur d'onde typique de 880nm et aurait une largeur définie par la spécification FWHM de 50nm. Ceci est important pour adapter l'émetteur à la sensibilité spectrale du détecteur utilisé.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

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

• Toutes les dimensions sont en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• Une tolérance générale de ±0,25mm (±0,010") s'applique, sauf si une caractéristique spécifique a une cote différente.
• La résine sous la collerette peut dépasser d'un maximum de 1,5mm (0,059").
• 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 dessin dimensionnel spécifique fournirait les valeurs exactes pour la longueur, la largeur, la hauteur du corps, le diamètre et l'espacement des broches.

4.2 Identification de la polarité

Les LED infrarouges sont des composants polarisés. Le boîtier a typiquement un côté plat ou une encoche sur le bord pour indiquer la broche cathode (négative). La broche la plus longue peut également indiquer l'anode (positive), mais le marquage du boîtier est la référence définitive. Une polarité correcte est essentielle pour le fonctionnement.

5. Recommandations de soudure et d'assemblage

Le respect des spécifications de soudure est vital pour éviter les dommages mécaniques ou thermiques.

• Température de soudure :Les broches peuvent supporter 260°C pendant jusqu'à 5 secondes, à condition que la chaleur soit appliquée à au moins 1,6 mm (0,063") du corps du boîtier en plastique. Cela empêche la résine de fondre ou d'être soumise à un stress thermique.
• Recommandation de processus :Pour la soudure par refusion, un profil standard sans plomb avec une température de pointe ne dépassant pas 260°C est approprié. Le temps au-dessus du liquidus doit être contrôlé pour minimiser l'apport thermique total.
• Nettoyage :Si un nettoyage est nécessaire, utilisez des procédés compatibles avec la résine époxy bleue transparente. Les solvants agressifs doivent être évités.
• Conditions de stockage :Stocker dans un environnement sec et antistatique dans la plage de température de stockage spécifiée (-55°C à +100°C). Les informations sur le niveau de sensibilité à l'humidité (MSL), le cas échéant, se trouveraient dans une spécification d'emballage séparée.

6. Informations d'emballage et de commande

La dernière page de la fiche technique est consacrée aux détails d'emballage. Cela inclut typiquement :

• Format d'emballage :Les dispositifs sont probablement fournis sur bande et bobine pour un placement automatisé, standard pour les composants montés en surface. La taille de la bobine, la largeur de la bande, les dimensions des alvéoles et l'orientation sont définies ici.
• Quantité par bobine :Le nombre standard de pièces par bobine (par exemple, 1000, 2000, 4000).
• Numéro de modèle :La référenceLTE-7377LM1-TAest le code de commande complet. Les suffixes comme "-TA" peuvent indiquer un emballage bande-et-bobine ou des options de tri spécifiques.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Détection infrarouge :Capteurs de proximité, détection d'objets, robots suiveurs de ligne et interrupteurs optiques à coupure (par exemple, détection de papier dans les imprimantes). L'angle de vision étroit et la haute vitesse sont bénéfiques.
• Communication optique :Liaisons de données à courte portée, émetteurs de télécommande (pour téléviseurs, etc.) et transmission de données IR industrielle où une immunité aux EMI est nécessaire. Le temps de montée/descente de 40ns supporte des débits de données modérés.
• Vision industrielle et éclairage :Fournir un éclairage invisible pour les caméras de surveillance avec capacité de vision nocturne ou pour des systèmes de vision industrielle spécialisés.

7.2 Considérations de conception

• Circuit de commande :En raison du courant pulsé admissible élevé (2A), un transistor de commande dédié (BJT ou MOSFET) est presque toujours requis. Une simple résistance en série est insuffisante pour de telles impulsions à courant élevé et gaspillerait une puissance excessive.
• Limitation de courant :Pour un fonctionnement en continu ou pulsé, le courant doit être activement limité pour éviter de dépasser les Valeurs Maximales Absolues. Utilisez un pilote à courant constant pour une sortie optique stable.
• Gestion thermique :Bien que le boîtier ait une collerette, pour un fonctionnement continu à des courants élevés (approchant 100mA), il convient de considérer la conception du circuit imprimé pour qu'il agisse comme un dissipateur thermique, surtout en fonctionnement à des températures ambiantes élevées.
• Conception optique :L'angle de vision de 16 degrés peut nécessiter des lentilles ou des diffuseurs si un motif de faisceau différent est requis. La longueur d'onde de 880nm nécessite un détecteur sensible dans cette plage (par exemple, photodiode au silicium, phototransistor).
• Protection électrique :Une petite résistance en série ou un suppresseur de tension transitoire (TVS) peut être conseillé pour se protéger contre les pointes de tension, en particulier dans les environnements industriels, malgré la tension inverse nominale de 5V.

8. Comparaison et différenciation technique

Sur la base de ses spécifications, cet émetteur IR se différencie sur le marché par une combinaison d'attributs clés :

• Combo Haute Vitesse et Haute Puissance :La vitesse de commutation de 40ns combinée à une intensité rayonnante élevée (35 mW/sr min) et une capacité de courant pulsé très élevée (2A) est un avantage significatif pour les applications nécessitant à la fois des impulsions lumineuses et des débits de données rapides ou un timing précis.
• Optimisé pour le fonctionnement en impulsions :Les valeurs nominales explicites pour le courant pulsé de crête et la tension directe spécifiée dans des conditions d'impulsion indiquent que le dispositif est conçu pour ce mode exigeant, offrant de meilleures performances et fiabilité que les LED simplement évaluées pour le courant continu.
• Angle de vision étroit :Le faisceau de 16 degrés est plus étroit que de nombreuses LED IR standard (qui peuvent être de 30 à 60 degrés), fournissant une lumière plus directionnelle et une intensité plus élevée sur l'axe, ce qui améliore le rapport signal/bruit dans les applications de détection directionnelle.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : Puis-je piloter cette LED avec une broche de microcontrôleur 5V en utilisant seulement une résistance en série ?

R : Pour de brèves impulsions à faible courant (par exemple, 20-50mA), un calcul de résistance en série est possible (R = (V_CC- V_F) / I_F). Cependant, pour le fonctionnement en impulsions à courant élevé (350mA ou 2A) pour lequel le dispositif est conçu, une broche de microcontrôleur ne peut pas fournir suffisamment de courant. Un interrupteur à transistor (comme un MOSFET) commandé par le MCU est obligatoire pour délivrer le courant requis à partir d'une alimentation séparée.

Q2 : Quel est le but du boîtier bleu ? Est-ce juste pour la couleur ?

R : La résine époxy bleue transparente agit comme un filtre passe-haut. Elle est transparente à la lumière infrarouge émise de 880nm mais bloque ou atténue la lumière visible. Cela peut aider à réduire les interférences de la lumière visible ambiante dans le détecteur, améliorant le rapport signal/bruit du système IR. Elle sert également d'identifiant visuel.

Q3 : Comment interpréter la valeur "Intensité rayonnante" pour ma conception ?

R : L'Intensité Rayonnante (mW/sr) est une mesure de la quantité de puissance optique émise dans un angle solide donné. Pour estimer l'éclairement (puissance par unité de surface) à une distance (d) sur l'axe optique, vous pouvez utiliser l'approximation : E ≈ I_E/ d²pour de petits angles, où E est en mW/cm² si d est en cm. Cela aide à déterminer si suffisamment de lumière atteindra votre détecteur.

Q4 : La température de stockage max est de 100°C, mais la température de soudure est de 260°C. N'est-ce pas contradictoire ?

R : Non. La température de stockage est pour des conditions non opérationnelles à long terme où l'ensemble du boîtier est uniformément à cette température. La valeur de soudure est pour une exposition thermique très courte et localisée (5 secondes) appliquée uniquement aux broches métalliques, qui conduisent la chaleur loin de la jonction semi-conductrice sensible et du corps du boîtier.

10. Étude de cas pratique de conception

Scénario : Conception d'un codeur optique haute vitesse.

Un codeur rotatif optique nécessite une source lumineuse pour passer à travers un disque codé sur un réseau de photodétecteurs. Le codeur doit fonctionner à des vitesses de rotation élevées, nécessitant une commutation rapide de la source lumineuse pour éviter le flou et permettre une détection de front précise.

• Justification de la sélection du composant :Le LTE-7377LM1-TA est choisi car son temps de montée/descente de 40ns permet des impulsions optiques très nettes, permettant au système de résoudre des changements de position fins à haute vitesse. L'angle de vision étroit de 16 degrés aide à concentrer la lumière à travers les fentes étroites du disque du codeur, améliorant le contraste.
• Conception du circuit :Un circuit pilote à courant constant utilisant un MOSFET haute vitesse est mis en œuvre. Le MOSFET est commuté par une sortie de minuterie ou FPGA. Le courant est réglé à 100mA (max continu) ou à une valeur pulsée comme 350mA pour des impulsions d'intensité plus élevée, en restant dans les limites de la fiche technique. La tension directe à ce courant est utilisée pour calculer la dissipation de puissance dans le pilote.
• Implantation et thermique :L'empreinte PCB correspond à l'espacement des broches du dessin du boîtier. Un petit plot de décharge thermique connecté à un plan de masse est placé sous la collerette pour aider à la dissipation thermique pendant le fonctionnement continu.
• Alignement optique :L'émetteur et le détecteur sont alignés sur les côtés opposés du disque du codeur. Le faisceau étroit assure un diaphonie minimale entre les pistes adjacentes du disque.

11. Principe de fonctionnement

Ce dispositif est une diode électroluminescente (LED) basée sur une jonction p-n semi-conductrice, utilisant typiquement des matériaux comme l'Arséniure de Gallium (GaAs) ou l'Arséniure d'Aluminium Gallium (AlGaAs) pour produire de la lumière infrarouge. Lorsqu'une tension directe dépassant la tension de seuil de la jonction est appliquée, des électrons et des trous sont injectés à travers la jonction. Lorsque ces porteurs de charge se recombinent, de l'énergie est libérée sous forme de photons. L'énergie de bande interdite spécifique du matériau semi-conducteur détermine la longueur d'onde des photons émis, qui dans ce cas est centrée autour de 880 nanomètres. Le boîtier en époxy bleu encapsule la puce semi-conductrice, fournit une protection mécanique et agit comme une lentille primaire façonnant le faisceau de sortie tout en filtrant les longueurs d'onde plus courtes.

12. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges de l'optoélectronique. Il y a une constante poussée vers une efficacité plus élevée (plus de lumière émise par watt électrique d'entrée) pour réduire la consommation d'énergie et la génération de chaleur. Cela permet des sources plus lumineuses ou une autonomie plus longue dans les appareils portables. Une autre tendance est l'intégration des émetteurs avec les pilotes et la logique de commande dans des modules intelligents, simplifiant la conception du système. De plus, il y a un développement vers des vitesses de commutation encore plus rapides pour supporter des débits de données plus élevés dans la communication optique (par exemple, pour le Li-Fi) et une détection de temps de vol (ToF) plus précise pour les applications d'imagerie 3D et LiDAR. La poussée pour la miniaturisation se poursuit également, conduisant à des empreintes de boîtier plus petites tout en maintenant ou en améliorant les caractéristiques de performance.