Fiche technique de la diode électroluminescente infrarouge LTE-3271BL - Haute puissance - Boîtier bleu - Longueur d'onde 940nm - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

La LTE-3271BL est une diode électroluminescente (DEL) infrarouge (IR) de haute puissance conçue pour les applications nécessitant une forte puissance optique. Sa philosophie de conception repose sur la délivrance d'une intensité rayonnante élevée tout en maintenant une efficacité opérationnelle, notamment dans des conditions de courant élevé et de commande par impulsions. Le composant est logé dans un boîtier transparent bleu distinctif, ce qui peut faciliter son identification visuelle lors des processus d'assemblage et de contrôle.

Les marchés cibles principaux de ce composant incluent l'automatisation industrielle, les systèmes de sécurité (par exemple, l'éclairage pour caméras de surveillance), les capteurs optiques et les systèmes de communication utilisant des signaux infrarouges. Sa capacité à supporter des courants directs de crête élevés la rend adaptée aux scénarios de fonctionnement en impulsions, courants dans la mesure de distance, la détection d'objets et la transmission de données.

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. Un fonctionnement à ou près de ces limites n'est pas recommandé sur de longues périodes.

• Dissipation de puissance (P_D) :150 mW. C'est la quantité maximale de puissance que le composant peut dissiper sous forme de chaleur à une température ambiante (T_A) de 25°C. Dépasser cette limite risque de provoquer un emballement thermique et une défaillance.
• Courant direct de crête (I_FP) :2 A. C'est le courant direct instantané maximal autorisé, spécifié dans des conditions d'impulsions de 300 impulsions par seconde (pps) avec une largeur d'impulsion de 10 µs. Cette valeur est cruciale pour les applications IR pulsées comme les télécommandes ou les capteurs de proximité.
• Courant direct continu (I_F) :100 mA. Le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu sans dépasser la valeur de dissipation de puissance.
• Tension inverse (V_R) :5 V. L'application d'une tension inverse supérieure à cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Température de fonctionnement et de stockage :respectivement -40°C à +85°C et -55°C à +100°C. Ces plages garantissent des performances fiables dans des environnements difficiles.
• Température de soudure des broches :260°C pendant 5 secondes à une distance de 1,6 mm du corps du boîtier. Cela définit la tolérance au profil thermique pendant l'assemblage.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres, mesurés à T_A=25°C, définissent les performances du composant dans des conditions de fonctionnement typiques.

• Intensité rayonnante (I_E) :C'est le paramètre de sortie optique principal, mesuré en milliwatts par stéradian (mW/sr). Le composant est classé en catégories de tri (B, C, D, E) en fonction de cette valeur à I_F= 100mA, avec des valeurs minimales allant de 30 mW/sr (BIN B) à 62 mW/sr (BIN E). Ce tri permet une sélection basée sur la puissance de sortie requise.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_P) :940 nm. Cela place la DEL dans le spectre du proche infrarouge, invisible à l'œil nu mais détectable par les photodiodes au silicium et de nombreux capteurs d'image.
• Demi-largeur spectrale (Δλ) :50 nm (typique). Cela indique la largeur de bande spectrale ; une largeur plus étroite indiquerait une source plus monochromatique.
• Tension directe (V_F) :A deux conditions spécifiées : 1,6 V typique à 50 mA et 2,3 V typique à 500 mA. L'augmentation avec le courant est due à la résistance série interne de la diode. La faible V_Fcontribue à une meilleure efficacité électrique.
• Courant inverse (I_R) :100 µA maximum à V_R=5V. C'est le courant de fuite lorsque le composant est polarisé en inverse.
• Angle de vision (2θ_1/2) :50 degrés (typique). C'est l'angle total pour lequel l'intensité rayonnante chute à la moitié de sa valeur maximale (sur l'axe). Un large angle de vision est bénéfique pour les applications nécessitant un éclairage de grande surface.

3. Explication du système de tri

La LTE-3271BL utilise un système de tri basé sur les performances, principalement pour l'Intensité rayonnante. C'est une fonctionnalité critique de contrôle qualité et de sélection.

• BIN B :Intensité rayonnante minimale de 30 mW/sr à I_F=100mA.
• BIN C :Intensité rayonnante minimale de 44 mW/sr à I_F=100mA.
• BIN D :Intensité rayonnante minimale de 52 mW/sr à I_F=100mA.
• BIN E :Intensité rayonnante minimale de 62 mW/sr à I_F=100mA.

Ce système permet aux concepteurs de sélectionner des composants garantissant une puissance optique minimale pour leur application, assurant ainsi une cohérence des performances du système, notamment en production de volume. Aucun tri n'est indiqué pour la tension directe ou la longueur d'onde de crête dans cette fiche technique ; ces paramètres sont donnés comme valeurs typiques/maximales.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fournit plusieurs courbes caractéristiques qui illustrent le comportement du composant au-delà des spécifications ponctuelles tabulées.

4.1 Distribution spectrale (Fig. 1)

Cette courbe montre l'intensité rayonnante relative en fonction de la longueur d'onde. Elle confirme le pic à 940 nm et la demi-largeur spectrale approximative de 50 nm. La forme de la courbe est typique d'une DEL IR à base d'AlGaAs.

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

C'est la courbe I-V fondamentale. Elle montre la relation exponentielle à faible courant, passant à une relation plus linéaire à courant plus élevé en raison de la résistance série. Les concepteurs l'utilisent pour déterminer la tension d'alimentation nécessaire pour un courant de fonctionnement cible.

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

Cette courbe de déclassement est essentielle pour la gestion thermique. Elle montre que le courant direct continu maximal autorisé diminue lorsque la température ambiante augmente. À 85°C, le I_Fmaximal est nettement inférieur à la valeur nominale de 100 mA à 25°C. Le non-respect de cette courbe peut entraîner une surchauffe.

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

La figure 4 montre que la puissance optique diminue lorsque la température augmente (coefficient de température négatif), une caractéristique commune aux DEL. La figure 5 montre que la puissance de sortie augmente de manière super-linéaire avec le courant à faible courant, puis tend à saturer à courant plus élevé en raison des effets d'affaiblissement thermique et d'efficacité.

4.5 Diagramme de rayonnement (Fig. 6)

Ce diagramme polaire représente visuellement la distribution spatiale de la lumière (angle de vision). Les cercles concentriques représentent l'intensité relative (de 0 à 1,0). Le diagramme confirme le demi-angle d'environ 50 degrés, montrant un faisceau large et régulier adapté à l'éclairage de surface.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

Le composant utilise un format de boîtier DEL standard avec une collerette pour la stabilité mécanique et la dissipation thermique.

• Type de boîtier :Résine époxy transparente bleue.
• Finition des broches :Étain trempé, offrant une bonne soudabilité.
• Conditionnement :Fourni en bande porteuse ("ammo pack") pour l'assemblage automatisé.
• Tolérances dimensionnelles clés :Les dimensions globales ont une tolérance de ±0,25 mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré au point où elles sortent du boîtier. Une saillie maximale de résine de 1,5 mm sous la collerette est autorisée.
• Identification de la polarité :Typiquement, la broche la plus longue désigne l'anode (+). Il convient de consulter le diagramme de la fiche technique pour une identification définitive, souvent indiquée par un méplat ou une encoche sur le boîtier.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est cruciale pour la fiabilité.

• Soudure par refusion :Bien que les détails spécifiques du profil ne soient pas fournis, la valeur maximale absolue pour la soudure des broches (260°C pendant 5 s à 1,6 mm du corps) doit être respectée. Un profil de refusion sans plomb standard avec une température de pic inférieure à 260°C est généralement applicable, mais le temps au-dessus du liquidus doit être minimisé.
• Soudure manuelle :Utiliser un fer à souder à température contrôlée. Appliquer la chaleur sur la broche, et non sur le corps du boîtier, et réaliser la soudure en moins de 3 secondes.
• Précautions contre les décharges électrostatiques (ESD) :Bien que non explicitement indiqué, les DEL sont des dispositifs à semi-conducteurs et doivent être manipulés avec les précautions ESD standard.
• Conditions de stockage :Stocker dans la plage de température spécifiée (-55°C à +100°C) dans un environnement sec et non corrosif. Les composants sensibles à l'humidité doivent être conservés dans des sacs scellés avec un dessiccant s'ils sont destinés à la soudure par refusion.

7. Suggestions d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

• Éclairage infrarouge :Pour caméras de vidéosurveillance en conditions de faible luminosité ou d'obscurité totale. Le large angle de vision assure une couverture étendue.
• Capteurs optiques :Utilisée comme source lumineuse dans les capteurs de proximité, les compteurs d'objets et les détecteurs de niveau de liquide.
• Transmission de données :Adaptée aux liaisons de données IR à courte portée et en ligne de visée (par exemple, télécommandes, IrDA), notamment lorsqu'elle est commandée en mode impulsionnel à son courant de crête élevé.
• Automatisation industrielle :Éclairage pour vision industrielle, détection de position et émetteurs pour rideaux de sécurité.

7.2 Considérations de conception

• Limitation de courant :Toujours utiliser une résistance série limitant le courant ou un circuit de commande à courant constant. La faible tension directe signifie qu'elle peut être facilement endommagée par une connexion directe à une source de tension.
• Gestion thermique :Pour un fonctionnement continu à courant élevé (par exemple, >70 mA), tenir compte de la courbe de déclassement (Fig. 2). Une surface de cuivre suffisante sur le PCB (pastille thermique) connectée aux broches peut aider à dissiper la chaleur.
• Commande par impulsions :Pour un fonctionnement en impulsions jusqu'à 2 A, s'assurer que le circuit de commande peut délivrer le courant de crête requis avec un temps de montée/descente rapide. Le cycle de service doit être suffisamment faible pour maintenir la dissipation de puissance moyenne dans les limites.
• Conception optique :Le large angle de vision peut nécessiter des lentilles ou des réflecteurs pour collimater le faisceau pour les applications à longue portée. Le boîtier bleu ne filtre pas la lumière IR ; il est transparent à 940 nm.

8. Comparaison et différenciation techniques

Les principaux points de différenciation de la LTE-3271BL dans sa catégorie sont la combinaison de sonintensité rayonnante élevée(jusqu'à BIN E : 62 mW/sr min) et de sacapacité de courant de crête élevée(2A). De nombreuses DEL IR standard offrent des courants de crête inférieurs (par exemple, 1 A ou moins). Cela la rend particulièrement performante dans les applications nécessitant des flashs IR pulsés et puissants. Le large angle de vision de 50 degrés est également plus grand que celui de certains concurrents visant des faisceaux plus focalisés, lui donnant un avantage dans les tâches d'éclairage de surface. La faible tension directe contribue à une meilleure efficacité énergétique par rapport aux dispositifs ayant une V_Fplus élevée à courant similaire.

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

Q1 : Puis-je commander cette DEL directement depuis une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. Une broche de microcontrôleur délivre typiquement 20-40 mA. Même si elle pouvait délivrer 100 mA, la tension directe de la DEL n'est que d'environ 1,6-2,3 V. La connecter directement tenterait de tirer un courant excessif, endommageant à la fois la DEL et le microcontrôleur. Utilisez toujours un circuit de commande (transistor/MOSFET) avec une résistance limitant le courant.

Q2 : Quelle est la différence entre BIN B et BIN E ?

R : BIN E garantit au moins le double de l'intensité rayonnante minimale de BIN B (62 contre 30 mW/sr à 100 mA). Cela signifie qu'un composant BIN E produira un faisceau infrarouge nettement plus brillant dans les mêmes conditions électriques. Les composants BIN E sont typiquement sélectionnés pour les applications nécessitant une portée ou une puissance de signal maximale.

Q3 : Comment utiliser le courant de crête de 2 A ?

R : Cette valeur nominale est uniquement pour un fonctionnement en impulsions (300 pps, largeur d'impulsion 10 µs). Le courant moyen doit toujours respecter les limites de courant continu et de dissipation de puissance. Par exemple, une impulsion de 2 A à 10 µs et 300 Hz a un cycle de service de 0,3 % et un courant moyen de seulement 6 mA, bien dans les limites. Cela permet d'obtenir des impulsions très courtes et très lumineuses pour la détection à longue distance.

Q4 : Pourquoi le boîtier est-il bleu s'il émet de la lumière infrarouge ?

R : Le colorant bleu dans l'époxy est transparent à la lumière infrarouge de 940 nm générée par la puce semi-conductrice à l'intérieur. La couleur est destinée à l'identification visuelle humaine et à la marque ; elle n'affecte pas la longueur d'onde de sortie optique.

10. Exemple pratique d'utilisation

Conception d'un éclairage de déclenchement pour capteur infrarouge passif (PIR) longue portée :

Un système de sécurité utilise un capteur de mouvement PIR ayant une portée de 15 mètres en plein jour mais seulement 5 mètres dans l'obscurité totale. Pour étendre sa portée nocturne, un éclairage IR est ajouté.

1. Sélection du composant :La LTE-3271BL (BIN E) est choisie pour sa haute intensité rayonnante, garantissant qu'assez de lumière IR atteint les objets distants.

2. Conception du circuit :La DEL est commandée par un interrupteur MOSFET contrôlé par le microcontrôleur du système. Une résistance série fixe le courant continu à 80 mA pour l'éclairage général de la zone. Pour un mode "boost" lors de la détection d'un mouvement potentiel, le microcontrôleur envoie des impulsions à la DEL à 1,5 A (dans la limite des 2 A) avec une largeur d'impulsion de 20 µs et une fréquence de 100 Hz, augmentant considérablement l'éclairage instantané pour la confirmation du capteur.

3. Conception thermique :Le PCB inclut une large zone de cuivre connectée à la broche cathode de la DEL pour servir de dissipateur thermique, garantissant que le fonctionnement continu à 80 mA reste dans la limite de courant déclassée à la température ambiante maximale prévue de 60°C.

4. Résultat optique :Le large angle de vision de 50 degrés de la DEL couvre adéquatement le champ de vision du capteur, restaurant avec succès la portée de détection du système à 15 mètres la nuit.

11. Principe de fonctionnement

La LTE-3271BL est un dispositif photonique à semi-conducteur. Lorsqu'une tension directe supérieure à son potentiel de jonction (V_F) est appliquée, des électrons sont injectés à travers la jonction p-n. Ces électrons se recombinent avec des trous dans la région active du matériau semi-conducteur (typiquement de l'arséniure d'aluminium-gallium - AlGaAs). Ce processus de recombinaison libère de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique de l'alliage AlGaAs est conçue pour que la largeur de bande interdite corresponde à une longueur d'onde photonique d'environ 940 nanomètres, qui se situe dans la région du proche infrarouge du spectre électromagnétique. La lumière générée est émise à travers le boîtier en époxy transparent. L'intensité rayonnante est directement liée au taux de recombinaison des porteurs, qui est proportionnel au courant direct (I_F).

12. Tendances technologiques

La technologie des émetteurs infrarouges continue d'évoluer parallèlement aux tendances plus larges des DEL et de l'optoélectronique. Les principales orientations incluent :

Augmentation de l'efficacité :La recherche se concentre sur l'amélioration de l'efficacité énergétique (puissance optique sortie / puissance électrique entrée) des DEL IR, réduisant la génération de chaleur et la consommation d'énergie pour les appareils à piles.

Densité de puissance plus élevée :Le développement de boîtiers à l'échelle de la puce et de matériaux de gestion thermique avancés permet d'obtenir des puissances continues et pulsées plus élevées à partir de facteurs de forme plus petits.

Solutions intégrées :Il existe une tendance à combiner l'émetteur IR avec un circuit intégré de commande, une photodiode, voire un microcontrôleur dans un seul module, simplifiant la conception des systèmes pour les capteurs intelligents et les appareils IoT.

Précision et variété des longueurs d'onde :Bien que 940 nm soit courant (évitant les pics spectraux solaires pour réduire les interférences de la lumière ambiante), les émetteurs à 850 nm (souvent avec une légère lueur rouge visible) et à des longueurs d'onde plus longues comme 1050 nm ou 1550 nm gagnent du terrain pour des applications spécifiques comme le LiDAR sans danger pour les yeux ou la détection de gaz. Le principe de fonctionnement fondamental reste le même, mais les progrès de la science des matériaux permettent ces nouvelles longueurs d'onde et améliorent les caractéristiques de performance.