Fiche technique du photo-interrupteur LTH-1650-01 - Distance focale 3mm - Type à coupure infrarouge - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTH-1650-01 est un module photo-interrupteur de type transmissif et compact. Sa fonction principale est de détecter l'interruption d'un faisceau lumineux infrarouge entre sa diode électroluminescente (LED) infrarouge intégrée et un phototransistor au silicium. Son principal avantage de conception est sa distance focale intégrée de 3 mm, qui optimise la sensibilité pour la détection d'objets à cet espacement spécifique. En tant que dispositif de type à coupure infrarouge, il est conçu pour minimiser les interférences de la lumière ambiante visible, améliorant ainsi la fiabilité dans diverses applications de détection. Le marché cible comprend principalement les équipements d'automatisation de bureau, les systèmes de contrôle industriel et l'électronique grand public nécessitant une détection de position ou d'objet sans contact.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces paramètres définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le dispositif. Ils ne sont pas destinés à un fonctionnement normal.

• Dissipation de puissance de la LED d'entrée (P_D) :Maximum 75 mW. Cela limite la charge thermique combinée provenant du courant direct et de la chute de tension.
• Courant direct crête de la LED (I_CP) :1 A en conditions pulsées (300 pps, largeur d'impulsion 10 µs). Cela permet de brefs pulses de haute intensité pour une détection de signal améliorée.
• Courant direct continu de la LED (I_F) :Maximum 60 mA en courant continu. C'est la limite de sécurité pour un fonctionnement constant.
• Tension inverse de la LED (V_R) :5 V. Le dépassement de cette valeur peut endommager la jonction de la LED.
• Dissipation de puissance du phototransistor (P_C) :Maximum 100 mW, déterminée par le courant collecteur et la tension collecteur-émetteur.
• Tension Collecteur-Émetteur (V_CEO) :Maximum 30 V pour le phototransistor.
• Courant Collecteur (I_C) :Maximum 20 mA pour le transistor de sortie.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C. Le dispositif convient à une large gamme d'environnements industriels et commerciaux.
• Température de soudure des broches (T_S) :260°C pendant 5 secondes maximum, spécifiée pour des broches à 1,6 mm du boîtier. Ceci est critique pour les procédés de soudure à la vague ou par refusion.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ces paramètres sont spécifiés à une température ambiante (T_A) de 25°C et définissent la performance du dispositif dans des conditions de fonctionnement normales.

• Tension directe de la LED (V_F) :Typiquement 1,2V à 1,6V à I_F= 20 mA. Ceci est utilisé pour calculer la valeur de la résistance de limitation de courant requise.
• Courant inverse de la LED (I_R) :Maximum 100 µA à V_R=5V, indiquant le courant de fuite lorsque la LED est polarisée en inverse.
• Courant d'obscurité Collecteur-Émetteur (I_CEO) :Maximum 100 nA à V_CE=10V sans entrée lumineuse. C'est le courant de fuite du phototransistor, qui affecte le niveau du signal à l'état "éteint".
• Tension de saturation Collecteur-Émetteur (V_CE(SAT)) :Typiquement 0,4V à I_C=0,05mA et I_F=20mA. C'est la tension aux bornes du transistor lorsqu'il est complètement "passant", importante pour l'interface avec des niveaux logiques.

3. Explication du système de binning

Le dispositif dispose d'un système de binning de performance basé sur le Courant Collecteur à l'état passant (I_C(ON)), mesuré dans des conditions standardisées (V_CE=5V, I_F=20mA, espacement d=3,0mm). Ce courant est directement corrélé à la sensibilité du coupleur.

• BIN A : I_C(ON)plage de 100 µA à 300 µA. C'est le grade de sensibilité standard.
• BIN B : I_C(ON)plage de 260 µA à 650 µA. Ce bin offre une sensibilité plus élevée.
• BIN C : I_C(ON)plage de 400 µA à 1200 µA. C'est le grade de sensibilité le plus élevé disponible.

Ce binning permet aux concepteurs de sélectionner un dispositif avec une sensibilité cohérente pour leur application, garantissant des seuils de déclenchement fiables d'un lot de production à l'autre.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence à des courbes caractéristiques typiques qui fournissent une vision graphique du comportement du dispositif dans différentes conditions. Bien que des graphiques spécifiques ne soient pas détaillés dans le texte, les courbes standard pour un tel dispositif incluraient typiquement :

• Courant direct vs Tension directe (I_F-V_F) :Montre la relation non linéaire pour la LED infrarouge, cruciale pour la conception du circuit de commande.
• Courant Collecteur vs Tension Collecteur-Émetteur (I_C-V_CE) :Famille de courbes avec le courant direct de la LED (I_F) comme paramètre, illustrant les caractéristiques de sortie du phototransistor.
• Courant Collecteur à l'état passant vs Courant direct (I_C(ON)-I_F) :Démontre la caractéristique de transfert et la linéarité du couplage optique.
• Courant Collecteur à l'état passant vs Température ambiante (I_C(ON)-T_A) :Montre comment la sensibilité se dégrade avec l'augmentation de la température, un facteur critique pour la gestion thermique dans les conceptions.
• Caractéristiques du temps de réponse :La fiche technique spécifie un Temps de Montée (T_R) de 3-15 µs et un Temps de Descente (T_F) de 4-20 µs dans des conditions de test (V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω). Ces valeurs définissent la capacité maximale de vitesse de commutation du capteur.

5. Informations mécaniques et sur le boîtier

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

• Toutes les dimensions sont fournies en millimètres, avec les pouces entre parenthèses.
• La tolérance par défaut est de ±0,25mm (±0,010") sauf si une caractéristique spécifique a une cote différente.
• La distance focale (l'espacement optimal entre les fenêtres de l'émetteur et du détecteur pour une sensibilité maximale) est spécifiée à 3 mm.
• Le boîtier comprend des encoches moulées ou des caractéristiques qui facilitent un montage et un alignement précis sur le PCB.
• La polarité est clairement marquée sur le corps du boîtier, généralement par un point ou un coin chanfreiné près de la broche de l'anode de la LED (ou du collecteur du phototransistor). Une orientation correcte est essentielle pour le fonctionnement du circuit.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est requise pour maintenir l'intégrité du dispositif.

• Soudure :La valeur maximale absolue pour la température de soudure des broches est de 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm (0,063") du boîtier plastique. Cette recommandation aide à prévenir les dommages thermiques aux liaisons internes de la puce et à l'encapsulation plastique pendant la soudure à la vague ou manuelle.
• Nettoyage :Utilisez des solvants de nettoyage de PCB standard compatibles avec le matériau plastique du dispositif. Évitez le nettoyage par ultrasons avec une puissance excessive ou une exposition prolongée.
• Stockage :Les dispositifs doivent être stockés dans des conditions comprises dans la plage de Température de Stockage (T_stg) de -40°C à +100°C et dans un environnement à faible humidité et antistatique pour éviter l'absorption d'humidité et les dommages par décharge électrostatique (ESD).

7. Recommandations d'application

7.1 Scénarios d'application typiques

Comme indiqué dans la fiche technique, les applications principales incluent :

• Imprimantes & Télécopieurs :Pour la détection de fin de papier, la détection de bourrage papier, la détection d'ouverture de capot et la détection de position du chariot.
• Interrupteurs optoélectroniques :Utilisés dans les distributeurs automatiques, l'automatisation industrielle pour le comptage, la commutation de fin de course et la détection de disque d'encodeur rotatif.
• Électronique grand public :Capteurs de fente dans les lecteurs de disque, les magnétophones ou autres systèmes de manipulation de supports.

7.2 Considérations de conception

• Résistance de limitation de courant (pour la LED) :Doit être calculée sur la base de la tension d'alimentation (V_CC), de la tension directe de la LED (V_F~1,4V typ.) et du courant direct souhaité (I_F). Ne pas dépasser le courant continu I_F nominal de 60 mA. Un point de fonctionnement typique est de 20 mA.
• Résistance de charge (pour le phototransistor) :La valeur de la résistance de rappel (R_L) connectée au collecteur détermine l'excursion de tension de sortie et affecte la vitesse de commutation. Un R_L plus petit donne un temps de descente plus rapide mais réduit l'amplitude de la tension de sortie. La condition de test utilise R_L=100Ω.
• Immunité au bruit électrique :Pour des câblages longs ou des environnements bruyants, envisagez d'ajouter un petit condensateur de découplage (par ex., 0,1µF) aux bornes d'alimentation près du dispositif et d'utiliser des câbles blindés.
• Considérations optiques :Maintenez le trajet optique (l'espace de 3 mm) exempt de poussière, saleté ou condensation. Le filtre de coupure infrarouge aide, mais des sources ambiantes fortes d'infrarouge (comme la lumière du soleil ou des ampoules à incandescence) proches du capteur peuvent provoquer des déclenchements intempestifs.

8. Comparaison et différenciation techniques

Comparé aux phototransistors ou photodiodes de base, ce photo-interrupteur intégré offre des avantages clés :

• Optique alignée :L'émetteur et le détecteur sont pré-alignés dans un boîtier fixe et rigide, éliminant le besoin d'un alignement mécanique précis pendant l'assemblage, ce qui est un avantage significatif par rapport aux composants discrets.
• Espacement optimisé :La distance focale de 3 mm est réglée en usine pour une sensibilité maximale à cet entrefer spécifique.
• Rejet de la lumière ambiante :Le filtre de coupure infrarouge sur le phototransistor réduit significativement la sensibilité à la lumière visible, améliorant le rapport signal/bruit dans des conditions d'éclairage intérieur typiques.
• Facteur de forme compact :Fournit une solution complète d'interrupteur optique dans un seul petit boîtier.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Quel est l'objectif des différents bins (A, B, C) ?

R : Les bins catégorisent les dispositifs par leur sensibilité (I_C(ON)). Choisissez un bin plus élevé (B ou C) pour les applications nécessitant la détection d'objets à faible contraste, une durée de vie plus longue (car la sortie de la LED se dégrade avec le temps) ou un fonctionnement avec des niveaux de poussière plus élevés. Le bin A est suffisant pour les applications standard.

Q : Puis-je alimenter la LED directement avec une source de tension ?

R : Non. Une LED est un dispositif piloté en courant. Vous devez utiliser une résistance de limitation de courant en série pour fixer le courant direct (I_F) à une valeur sûre et constante, comme montré dans tous les schémas d'application.

Q : Comment interfacer la sortie avec un microcontrôleur ?

R : Le phototransistor agit comme un interrupteur. Connectez son émetteur à la masse, son collecteur à une broche d'entrée numérique via une résistance de rappel (par ex., 10kΩ). Lorsque le faisceau n'est pas interrompu, le transistor est passant, tirant la broche au niveau bas. Lorsqu'il est interrompu, le transistor est bloqué, et la résistance de rappel tire la broche au niveau haut. Assurez-vous que les niveaux logiques d'entrée du microcontrôleur sont compatibles avec l'excursion de tension de sortie (près de 0V pour "passant", près de V_CCpour "bloqué").

Q : Qu'est-ce qui affecte le temps de réponse ?

R : La vitesse intrinsèque du phototransistor, la valeur de la résistance de charge (R_L), et la capacité des pistes du circuit. Pour une commutation plus rapide, utilisez un R_L plus petit, tel que permis par les niveaux de courant et de tension de sortie souhaités.

10. Exemple pratique d'utilisation

Scénario : Capteur de fin de papier dans une imprimante de bureau.

Le photo-interrupteur est monté sur le châssis de l'imprimante de sorte que la pile de papier dans le bac se trouve dans l'espace optique de 3 mm, bloquant le faisceau infrarouge. Un levier ou un drapeau attaché au suiveur de bac à papier peut être utilisé. Lorsque du papier est présent, le faisceau est bloqué, le phototransistor est bloqué et sa sortie est au niveau haut. Lorsque la dernière feuille est introduite, le suiveur bouge, débloquant le faisceau. Le phototransistor devient passant, tirant la sortie au niveau bas. Cette transition logique est détectée par le contrôleur principal de l'imprimante, qui active ensuite l'avertissement "Fin de papier" sur l'interface utilisateur. Le filtre de coupure infrarouge empêche les déclenchements intempestifs dus à l'éclairage interne de l'imprimante ou aux lumières de la pièce.

11. Principe de fonctionnement

Le dispositif fonctionne sur le principe du couplage optique modulé. Une LED infrarouge interne émet de la lumière lorsqu'elle est polarisée en direct avec un courant approprié. Directement en face, dans le même boîtier, se trouve un phototransistor NPN au silicium. La région de base du phototransistor est exposée à la lumière. Lorsque les photons infrarouges de la LED frappent la jonction base-collecteur, ils génèrent des paires électron-trou. Ce courant photogénéré agit comme un courant de base, provoquant la conduction d'un courant collecteur beaucoup plus important (I_C), proportionnel à l'intensité lumineuse. Un objet passant à travers la fente de 3 mm entre eux interrompt ce faisceau lumineux, provoquant l'extinction du phototransistor. Cela fournit un signal de commutation propre, électriquement isolé, basé sur un événement physique.

12. Tendances technologiques

Les photo-interrupteurs restent des composants fondamentaux en détection de position. Les tendances actuelles dans le domaine incluent :

• Miniaturisation :Développement de boîtiers CMS (composants montés en surface) encore plus petits pour économiser de l'espace sur le PCB dans l'électronique grand public compacte.
• Intégration :Incorporation de circuits supplémentaires sur puce, tels que des déclencheurs de Schmitt pour l'hystérésis, des amplificateurs pour les signaux faibles, ou même des interfaces numériques (I2C) pour fournir une sortie numérique propre et traitée, simplifiant l'interface avec les microcontrôleurs.
• Performance améliorée :Les améliorations de l'efficacité des LED et de la sensibilité des photodétecteurs permettent un fonctionnement à des courants plus faibles, réduisant la consommation d'énergie et la génération de chaleur.
• Variantes spécialisées :Dispositifs avec roues à fentes pour l'encodage rotatif, ou types réfléchissants où l'émetteur et le détecteur font face à la même direction pour détecter des marques réfléchissantes.

Le principe fondamental de l'interruption optique reste robuste en raison de sa nature sans contact, de sa fiabilité et de sa simplicité, garantissant sa pertinence continue dans la conception des systèmes mécatroniques.