Fiche technique HSDL-4251 - Émetteur IR 870nm - Courant direct 100mA - Puissance dissipée 190mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Le HSDL-4251 est un composant discret d'émetteur infrarouge conçu pour les applications haute vitesse. Il utilise la technologie LED AlGaAs (Arséniure de Gallium-Aluminium) pour produire une lumière infrarouge à une longueur d'onde pic de 870 nanomètres (nm). Ce dispositif se caractérise par sa capacité de commutation rapide, avec un temps de montée et de descente typique de 40 nanosecondes (ns), le rendant adapté aux systèmes de transmission de données et de communication. Le boîtier est clair et transparent, permettant une émission de lumière efficace. C'est un produit sans plomb conforme aux directives RoHS (Restriction des Substances Dangereuses).

1.1 Avantages principaux et marché cible

Les principaux avantages du HSDL-4251 incluent ses performances haute vitesse, sa construction fiable en AlGaAs et sa conception de boîtier clair. Ses caractéristiques principales le positionnent pour une utilisation dans les marchés nécessitant une signalisation infrarouge précise et rapide. Les applications cibles sont variées, couvrant à la fois l'électronique grand public et industrielle où la fonctionnalité infrarouge est critique.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Cette section fournit une interprétation détaillée et objective des principaux paramètres électriques, optiques et thermiques spécifiés pour l'émetteur infrarouge HSDL-4251.

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 sont spécifiées à une température ambiante (TA) de 25°C.

• Courant direct continu (IFDC) :100 mA maximum. C'est le courant continu le plus élevé qui peut être appliqué en continu.
• Courant direct de crête (IFPK) :500 mA maximum. Ce courant plus élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées avec un cycle de service de 20% et une largeur d'impulsion de 100 microsecondes (µs).
• Puissance dissipée (PDISS) :190 mW maximum. C'est la puissance totale que le dispositif peut dissiper, calculée comme la tension directe multipliée par le courant direct, plus toute perte additionnelle.
• Tension inverse (VR) :5 V maximum. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut entraîner la rupture de la jonction LED.
• Température de fonctionnement (TO) :-40°C à +85°C. Le fonctionnement du dispositif est garanti dans cette plage de température ambiante.
• Température de stockage (TS) :-40°C à +100°C.
• Température de jonction (TJ) :110°C maximum. La température de la puce semi-conductrice elle-même ne doit pas dépasser cette limite.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6mm du corps du boîtier.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Les Caractéristiques Électriques et Optiques sont des paramètres de performance typiques ou garantis mesurés à TA=25°C dans les conditions de test spécifiées.

• Intensité rayonnante sur l'axe (IE) :56 à 168 mW/sr, avec une valeur typique de 100 mW/sr lorsqu'il est piloté à IF=100mA. Cela mesure la puissance optique émise par unité d'angle solide le long de l'axe central du faisceau.
• Longueur d'onde d'émission pic (λPic) :870 nm typique lorsque IF=50mA. C'est la longueur d'onde à laquelle la puissance optique émise est la plus grande.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :45 nm typique. Cela indique la largeur de bande spectrale, spécifiquement la largeur du spectre d'émission à la moitié de sa puissance maximale.
• Tension directe (Vf) :Varie de 1,4V à 1,9V selon le courant direct. À IF=20mA, Vf est de 1,4V à 1,6V. À IF=100mA, Vf est de 1,5V à 1,9V.
• Coefficient de température de la tension directe (△V/△T) :-1,44 mV/°C typique. La tension directe diminue lorsque la température augmente.
• Angle de vision (2θ1/2) :30 degrés typique. C'est l'angle total auquel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur sur l'axe.
• Coefficient de température de l'intensité rayonnante (△IE/△T) :-0,43 %/°C typique. La puissance de sortie optique diminue lorsque la température augmente.
• Coefficient de température de la longueur d'onde pic (△λ/△T) :+0,22 nm/°C typique. La longueur d'onde d'émission pic augmente légèrement avec la température.
• Temps de montée/descente optique (Tr/Tf) :40 ns typique. Mesuré de 10% à 90% de la sortie optique en conditions pulsées (IFDC=500mA, Cycle=20%, Largeur d'impulsion=125ns).
• Résistance série (RS) :2,5 Ohms typique. La résistance inhérente de la puce LED et des fils de liaison.
• Capacité de diode (CO) :75 pF typique. Mesurée à 0V de polarisation inverse et à une fréquence de 1 MHz.
• Résistance thermique (RθJA) :300 °C/W typique. C'est la résistance thermique jonction-ambiante, indiquant l'efficacité avec laquelle la chaleur est transférée de la jonction semi-conductrice vers l'environnement ambiant.

3. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques essentielles pour la conception. Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas reproduits en texte, leurs implications sont analysées ci-dessous.

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

La courbe I-V pour un émetteur infrarouge comme le HSDL-4251 est non linéaire, similaire à une diode standard. La tension directe présente une relation logarithmique avec le courant à faible niveau et devient plus linéaire à des courants plus élevés en raison de la résistance série (RS). Les concepteurs utilisent cette courbe pour sélectionner des résistances de limitation de courant appropriées afin d'assurer un fonctionnement stable et d'éviter l'emballement thermique.

3.2 Intensité rayonnante vs. Courant direct

Cette courbe montre que la sortie optique (intensité rayonnante) est approximativement proportionnelle au courant direct dans la plage de fonctionnement typique. Cependant, à des courants très élevés, l'efficacité peut chuter en raison d'une génération de chaleur accrue. Le graphique de déclassement référencé dans la section Valeurs Maximales Absolues est crucial pour déterminer le courant maximal autorisé à des températures ambiantes élevées afin de maintenir la température de jonction en dessous de 110°C.

3.3 Dépendance à la température

Les coefficients de température spécifiés (pour Vf, IE, et λPic) permettent aux concepteurs de prédire et de compenser les variations de performance sur la plage de température de fonctionnement. Par exemple, la diminution de l'intensité rayonnante avec la température doit être prise en compte dans les systèmes conçus pour fonctionner dans des environnements chauds.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions et tolérances

Le dispositif est un boîtier LED traversant standard. Les notes dimensionnelles clés de la fiche technique incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres (avec les pouces entre parenthèses).
• Une tolérance standard de ±0,25mm (±0,010\") s'applique sauf indication contraire.
• La saillie maximale de la résine sous la collerette est de 1,5mm (0,059\").
• L'espacement des broches est mesuré au point où les broches sortent du corps du boîtier.

Les concepteurs doivent se référer au dessin mécanique détaillé dans la fiche technique originale pour un placement précis et la conception de l'empreinte sur un PCB.

4.2 Identification de la polarité

Pour les LED traversantes, la broche anode (positive) est généralement plus longue que la broche cathode (négative). La cathode peut également être identifiée par un méplat sur la lentille en plastique ou une encoche sur la collerette du boîtier. La polarité correcte est essentielle au fonctionnement du dispositif.

5. Directives de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est cruciale pour maintenir la fiabilité et éviter d'endommager la LED.

5.1 Conditions de stockage

Les LED doivent être stockées dans un environnement ne dépassant pas 30°C et 70% d'humidité relative. Si elles sont retirées de leur emballage d'origine à barrière d'humidité, elles doivent être utilisées dans les trois mois. Pour un stockage plus long hors du sachet d'origine, utilisez un conteneur scellé avec dessiccant ou un dessiccateur rempli d'azote.

5.2 Nettoyage

Si un nettoyage est nécessaire, utilisez des solvants à base d'alcool comme l'alcool isopropylique. Les produits chimiques agressifs doivent être évités.

5.3 Formage des broches

Pliez les broches à un point situé à au moins 3mm de la base de la lentille LED. N'utilisez pas le corps du boîtier comme point d'appui. Le formage des broches doit être effectué à température ambiante et avant le processus de soudure. Appliquez une force minimale pendant l'assemblage sur PCB pour éviter les contraintes mécaniques.

5.4 Processus de soudure

Important :Ne pas immerger la lentille dans la soudure. Évitez d'appliquer une contrainte sur les broches pendant que la LED est chaude.

• Fer à souder :Température maximale 350°C. Temps de soudure maximal 5 secondes par broche. Positionnez le fer à au moins 1,6mm de la base de la lentille en époxy.
• Soudure à la vague :Température de préchauffage maximale 100°C pendant jusqu'à 60 secondes. Température maximale de la vague de soudure 260°C pendant jusqu'à 5 secondes. Le dispositif doit être trempé à au moins 1,6mm de la base de la lentille en époxy.
• Soudure par refusion :La fiche technique indique explicitement que la refusion IR n'est pas adaptée à ce produit LED de type traversant.

Une température ou un temps excessif peut déformer la lentille ou provoquer une défaillance catastrophique.

6. Considérations de conception d'application

6.1 Conception du circuit de pilotage

Les LED sont des dispositifs à commande de courant. Pour assurer une luminosité uniforme lors du pilotage de plusieurs LED en parallèle, il est fortement recommandé d'utiliser une résistance de limitation de courant individuelle en série avec chaque LED (Modèle de circuit A). L'utilisation d'une seule résistance pour plusieurs LED en parallèle (Modèle de circuit B) n'est pas recommandée en raison des variations de la tension directe (Vf) des dispositifs individuels, ce qui peut entraîner des différences significatives de courant et, par conséquent, de luminosité.

6.2 Protection contre les décharges électrostatiques (ESD)

Le HSDL-4251 est sensible aux décharges électrostatiques. Un programme complet de contrôle ESD est nécessaire pendant la manipulation et l'assemblage :

• Le personnel doit porter des bracelets de mise à la terre ou des gants antistatiques.
• Tous les équipements, postes de travail et rayonnages de stockage doivent être correctement mis à la terre.
• Utilisez des ioniseurs pour neutraliser la charge statique qui peut s'accumuler sur la lentille en plastique.
• Mettez en place des contrôles réguliers et une formation pour le personnel travaillant dans les zones protégées contre l'ESD.

6.3 Gestion thermique

Avec une résistance thermique (RθJA) de 300°C/W, une conception thermique minutieuse est nécessaire, en particulier lors d'un fonctionnement à des courants élevés ou dans des environnements chauds. La puissance dissipée (PD = Vf * IF) génère de la chaleur au niveau de la jonction. En utilisant les informations de déclassement, les concepteurs doivent s'assurer que la température de jonction (TJ) ne dépasse pas 110°C. Un espacement adéquat sur le PCB et éventuellement un flux d'air peuvent aider à gérer la température.

7. Scénarios d'application typiques

Sur la base de ses spécifications, le HSDL-4251 est bien adapté pour :

• Liaisons de données infrarouges haute vitesse :Réseaux locaux IR, modems et dongles nécessitant le temps de réponse de 40ns.
• Équipements industriels :Capteurs, codeurs et rideaux de sécurité où des faisceaux IR fiables sont nécessaires.
• Instruments portables :Dispositifs médicaux, scanners portables ou outils de mesure.
• Électronique grand public :Télécommandes infrarouges et dispositifs de pointage optique (par exemple, souris optiques).

8. Questions fréquemment posées (FAQ)

8.1 Quelle est la différence entre la longueur d'onde pic et la longueur d'onde dominante ?

La longueur d'onde pic (λPic) est la longueur d'onde au point le plus élevé du spectre d'émission. La longueur d'onde dominante est liée à la couleur perçue et est plus pertinente pour les LED visibles. Pour les émetteurs infrarouges comme le HSDL-4251, la longueur d'onde pic est la spécification standard.

8.2 Puis-je piloter cette LED directement depuis une broche de microcontrôleur ?

Non. Une broche de microcontrôleur ne peut généralement pas fournir 100mA en continu. Vous devez utiliser un circuit de pilotage (par exemple, un transistor) contrôlé par le microcontrôleur, ainsi qu'une résistance de limitation de courant en série comme décrit dans la section méthode de pilotage.

8.3 Comment calculer la valeur de la résistance série requise ?

Utilisez la loi d'Ohm : R = (Valim - Vf_LED) / I_souhaité. Par exemple, avec une alimentation de 5V, un courant souhaité de 50mA et une Vf typique de 1,5V à ce courant : R = (5V - 1,5V) / 0,05A = 70 Ohms. Utilisez toujours la Vf maximale de la fiche technique pour une conception conservatrice afin de limiter le courant.

8.4 Pourquoi l'angle de vision est-il important ?

L'angle de vision définit l'étalement du faisceau. Un angle de 30 degrés est modérément focalisé. Ceci est important pour aligner l'émetteur avec un détecteur. Un angle plus large pourrait être préférable pour la détection de proximité, tandis qu'un angle plus étroit est meilleur pour la communication dirigée à longue portée.

9. Introduction technique et principe de fonctionnement

Le HSDL-4251 est une source de lumière semi-conductrice. Lorsqu'une tension directe est appliquée à ses bornes, les électrons et les trous se recombinent dans la région active du matériau semi-conducteur AlGaAs. Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons (lumière). La composition spécifique des couches AlGaAs détermine l'énergie de la bande interdite, qui correspond directement à la longueur d'onde de la lumière émise - dans ce cas, 870nm dans le spectre infrarouge. Le boîtier en époxy clair agit comme une lentille, façonnant le faisceau de sortie selon l'angle de vision spécifié et fournissant une protection mécanique et environnementale à la puce semi-conductrice.