Fiche technique de l'interrupteur photoélectrique à réflexion ITR1502SR40A/TR8 - Dimensions 4,0x3,0x2,0mm - Tension directe 1,2V - Puissance dissipée 75mW - Lentille transparente noire - Documentation technique en chinois

1. Présentation du produit

L'ITR1502SR40A/TR8 est un interrupteur photoélectrique réflexif, monté en surface et hautement intégré, conçu pour des applications de détection sans contact. Il intègre un émetteur infrarouge et un détecteur phototransistor au silicium dans un boîtier compact à lentille transparente noire. Ce dispositif est conçu pour une détection fiable de la présence ou du mouvement d'objets, avec une distance de détection nominale optimale de 4 mm. Son boîtier sans broches est spécifiquement conçu pour être compatible avec les procédés modernes de soudage par refusion, adapté à l'assemblage automatisé en grande série.

1.1 Caractéristiques et avantages principaux

• Haute sensibilité :Le phototransistor à base de silicium génère une forte réponse électrique à la lumière infrarouge réfléchie, permettant ainsi une détection fiable.
• Coupure de la lumière visible :Le matériau de lentille noir transparent bloque efficacement la lumière visible ambiante, minimisant ainsi la possibilité de déclenchements intempestifs causés par les sources lumineuses de l'environnement.
• Forme compacte :Les dimensions de 4,0 mm x 3,0 mm x 2,0 mm sont idéales pour les conceptions de PCB à espace restreint.
• Soudable par refusion :Le boîtier sans broches (emballage en bande) est compatible avec l'assemblage SMT standard et peut supporter une température de soudage maximale de 260°C pendant 5 secondes.
• Conformité environnementale :该器件符合无卤标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）、欧盟 REACH 法规，并且符合 RoHS 标准。
• Longue focale :Dans sa famille de boîtiers, il offre une distance de détection optimale relativement longue de 4 mm.

1.2 Marchés cibles et applications

Ce composant s'adresse aux concepteurs de systèmes d'électronique grand public, d'automatisation de bureau et de contrôle industriel nécessitant une détection d'objets fiable et à faible coût. Sa fonction principale est de détecter la présence, l'absence ou le passage d'un objet sans contact physique.

• Imprimantes et photocopieurs :Détecter les bourrages papier, l'état des bacs ou la présence de support.
• Lecteur de stockage optique (par exemple CD/DVD) :Détecter la position du tiroir du lecteur optique ou la présence d'un disque.
• Projecteurs et écrans d'affichage :Surveiller l'état du filtre optique, la position du cache ou d'autres mécanismes internes.
• Distributeurs automatiques et bornes interactives :Détection de la distribution des produits ou de l'interaction des utilisateurs.
• Appareils électroménagers :Détection de position dans les serrures intelligentes, les machines à café ou autres appareils automatisés.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Les performances de l'ITR1502SR40A/TR8 sont définies par un ensemble complet de paramètres électriques et optiques. Comprendre ces paramètres est essentiel pour une conception de circuit correcte et un fonctionnement fiable du système.

2.1 Valeurs maximales absolues

Ces valeurs nominales définissent les limites de contrainte pouvant entraîner des dommages permanents au dispositif. Aucune garantie de fonctionnement n'est assurée dans ces conditions.

• Puissance d'entrée (Pd) :75 mW à une température d'air libre ≤25°C.
• Courant direct (IF) :50 mA (continu).
• Courant direct de crête (IFP) :À un rapport cyclique de 1%, l'impulsion peut atteindre 1 A pour une durée ≤100 μs.
• Tension inverse (VR) :5 V.
• Puissance dissipée au collecteur (PC) :75 mW.
• Courant de collecteur (IC) :25 mA.
• Tension collecteur-émetteur (V_CEO) :30 V.
• Tension émetteur-collecteur (V_ECO) :5 V.
• Température de fonctionnement (T_opr) :-25°C à +85°C.
• Température de stockage (T_stg) :-40°C à +100°C.
• Température de soudure des broches :À 1/16 de pouce du boîtier, 260°C pendant 5 secondes.

2.2 Caractéristiques optoélectroniques (Ta=25°C)

Ce sont les paramètres de performance garantis dans les conditions de test spécifiées.

Entrée (Émetteur infrarouge - Puce IR GaAs) :

• Tension directe (V_F) :Valeur typique 1,2 V, maximum 1,4 V à I_F= 20 mA. Cela définit la chute de tension aux bornes de la LED lors de la commande.
• Courant inverse (I_R) :À V_R= 10 μA maximum à V = 6V.
• Longueur d'onde de crête (λ_P) :À I_F= 940 nm (valeur nominale) à I = 10 mA. Cela appartient au spectre infrarouge proche, invisible à l'œil humain.

Sortie (Phototransistor - puce en silicium) :

• Courant d'obscurité (I_CEO) :Valeur typique 1 nA, à V_CE= 20V, maximum 100 nA. Il s'agit du courant de fuite en l'absence de lumière incidente sur le détecteur.
• Caractéristiques de transfert - Courant de collecteur (I_C(ON)) :Dans les conditions de test : V_CE=2V, I_F=4mA, avec une distance de cible réfléchissante d=4mm, minimum 60 μA, valeur typique, maximum 450 μA. C'est un paramètre clé indiquant la sensibilité.
• Caractéristique de transfert - Courant à l'état bloqué (I_C(OFF)) :600 nA maximum dans les mêmes conditions de test mais sans cible de réflexion (ou d'absorption).
• Temps de réponse (t_r, t_f) :Les temps de montée et de descente ont une valeur typique de 20 μs et un maximum de 100 μs. Conditions de test : V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=1kΩ, d=4mm. Ceci définit la vitesse de commutation.

Remarque : Le courant d'obscurité en fonctionnement peut être affecté par l'environnement ambiant (par exemple, une source infrarouge ambiante).

2.3 Plage de classement du courant de collecteur

Les dispositifs sont classés en fonction du courant de collecteur (I_C(ON)) pour le classement en catégories. Cela permet aux concepteurs de sélectionner des composants avec une sensibilité cohérente pour leur application.

• Catégorie A :60 μA ≤ I_C(ON)< 120 μA
• Niveau B :100 μA ≤ I_C(ON)< 220 μA
• Niveau C :180 μA ≤ I_C(ON)< 350 μA
• Niveau D :310 μA ≤ I_C(ON)≤ 450 μA

3. Analyse des courbes de performance

Les courbes caractéristiques fournies offrent des informations précieuses pour comprendre le comportement du dispositif dans différentes conditions, ce qui est essentiel pour une conception de système robuste.

3.1 Caractéristiques électriques

Courant direct vs. Tension directe :Cette courbe présente les caractéristiques IV typiques d'une LED émettrice infrarouge. Elle est non linéaire, similaire à une diode standard. À 20mA, la tension directe typique est d'environ 1,2V.

Courant direct vs. Courant de collecteur :Il s'agit de la courbe de transfert, montrant le courant de sortie (I_C) Comment le courant de commande de la LED (I_F) augmente. Dans la zone de fonctionnement, la relation est approximativement linéaire, démontrant le gain du dispositif.

Courant collecteur vs. tension collecteur-émetteur :Cet ensemble de courbes montre pour différentes valeurs de I_CCourant I en fonction de différents niveaux (par exemple 5mA, 10mA, 20mA, 50mA)_Fen fonction de V_CE. Cela illustre que le phototransistor agit comme une source de courant ; au-delà d'une certaine V_CE(tension de saturation, généralement faible), I_CPrincipalement déterminé par la lumière incidente (et donc par I_F).

3.2 Caractéristiques thermiques

Tension directe vs. Température ambiante :La tension directe de la LED présente un coefficient de température négatif, diminuant légèrement avec l'augmentation de la température (passant d'environ 1,21 V à -20°C à 1,16 V à 80°C).

Courant de collecteur relatif vs. Température ambiante :Il s'agit d'une courbe clé. Le courant de collecteur (sensibilité) diminue significativement avec l'augmentation de la température. À 80°C, la sortie relative n'est qu'environ 80 % de sa valeur à 25°C. Ce point doit être pris en compte dans les conceptions fonctionnant à haute température pour garantir une marge de signal suffisante.

Courant d'obscurité du collecteur vs. Température ambiante :Le courant d'obscurité augmente de façon exponentielle avec la température (d'environ 0,1 nA à -40°C à près de 1000 nA à 100°C). Dans les applications à haute température, cette augmentation du courant de fuite peut devenir une composante significative du signal, ce qui peut potentiellement réduire le rapport signal sur bruit.

Consommation d'énergie vs. Température ambiante :Cette courbe de déclassement montre que la puissance maximale admissible du dispositif diminue linéairement lorsque la température ambiante dépasse 25°C, tombant à 0 mW à 100°C.

3.3 Caractéristiques optiques et spatiales

Spectre de longueur d'onde :La courbe d'intensité relative montre que la sortie de l'émetteur est centrée sur 940 nm, avec une largeur spectrale typique. La lentille noire transparente transmet efficacement cette lumière infrarouge tout en bloquant les longueurs d'onde visibles plus courtes.

Courant collecteur relatif vs. distance de déplacement de l'axe Z (miroir) :Cette courbe définit le profil de détection. Le courant de sortie est maximal lorsque la cible réfléchissante est à la distance optimale (4 mm). Le signal s'atténue lorsque la cible se rapproche ou s'éloigne, définissant ainsi la fenêtre de détection effective. La forme de la courbe suit approximativement une distribution gaussienne.

Temps de commutation vs. résistance de charge :Le temps de montée (t_r) et le temps de descente (t_f) augmentent tous deux avec l'augmentation de la résistance de charge (R_L). Pour obtenir la vitesse de commutation la plus rapide, une valeur de R_LCependant, cela entraîne également une réduction de l'amplitude de la tension de sortie. Les concepteurs doivent trouver un équilibre entre la vitesse et le niveau du signal.

4. Informations mécaniques et de boîtier

4.1 Dimensions du boîtier

Ce dispositif utilise un boîtier compact sans broches pour montage en surface, mesurant 4,0 mm de long, 3,0 mm de large et 2,0 mm de haut. Les indications de dimensions clés incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres.
• Sauf indication contraire, la tolérance est de ±0,1 mm.
• L'espacement des broches est mesuré à l'endroit où elles sortent du boîtier.
• Le poids du produit est d'environ 0,025 gramme.

4.2 Configuration recommandée des pastilles de soudure sur le PCB

Il fournit une disposition recommandée des patins pour assurer une soudure fiable et une stabilité mécanique. Il souligne une règle de conception clé : la quantité de soudure doit être soigneusement contrôlée pour éviter la remontée par capillarité ou l'infiltration de la soudure dans l'espace entre le PCB et le boîtier. Un excès de soudure dans cette zone génère des contraintes, pouvant nuire à la fonctionnalité ou réduire la fiabilité à long terme. La conception des patins inclut généralement une connexion thermique et une surface de cuivre suffisante pour un ancrage solide.

4.3 Polarité et orientation

Ce composant comporte un marquage d'orientation (généralement un point ou un encoche sur la face supérieure) indiquant la broche 1. La disposition des broches de ce type de composant est standardisée : l'anode et la cathode de l'émetteur infrarouge forment une paire, tandis que le collecteur et l'émetteur du phototransistor en forment une autre. Il est impératif de consulter le schéma de la datasheet pour obtenir l'affectation exacte des broches. Une orientation incorrecte empêchera le composant de fonctionner.

5. Guide de soudage, d'assemblage et de stockage

5.1 Conditions de soudage par refusion

ITR1502SR40A/TR8 est conçu pour les procédés de soudage par refusion sans plomb. Un profil de température recommandé est fourni, incluant généralement :

• Préchauffage/Montée en température :Montée en température contrôlée pour activer le flux.
• Zone de mouillage :Maintenir une durée à une température inférieure au liquidus pour assurer un chauffage uniforme.
• Zone de reflux :La température de pointe ne doit pas dépasser 260 °C, et la durée au-dessus de 240 °C doit être limitée (par exemple 30 à 60 secondes).
• Refroidissement :Période de refroidissement contrôlée.

Note importante :Un même dispositif ne doit pas subir plus de deux cycles de soudage par refusion, afin d'éviter les dommages par contrainte thermique aux composants internes et au composé de moulage.

5.2 Sensibilité à l'humidité et stockage (MSL 3)

Cet emballage est sensible à l'humidité. Les procédures suivantes doivent être respectées pour prévenir le phénomène de "popcorn" (fissuration de l'emballage due à la pression de vapeur pendant le processus de refusion).

• Stockage de l'emballage non ouvert :Conserver à ≤30°C et ≤90% HR. À utiliser dans l'année suivant la date d'expédition.
• Après ouverture :Conserver à ≤30°C et ≤70% HR.
• Durée de vie en atelier :Le dispositif doit être soudé dans les 168 heures (7 jours) suivant l'ouverture du sac anti-humidité.
• Cuisson :Si la durée de vie en atelier est dépassée ou si l'indicateur d'humidité (dessiccant) indique la saturation, le dispositif doit être cuit à 60°C ±5°C pendant 24 heures avant utilisation pour éliminer l'humidité absorbée.

6. Emballage et informations de commande

6.1 Spécifications du ruban porteur

Ce composant est fourni dans un emballage en ruban conforme à la norme EIA-481, adapté à l'assemblage automatique par placement en surface.

• Quantité par conditionnement :800 pièces par bobine.
• Nombre de bobines par carton :38 rouleaux par carton extérieur.
• Dimensions du carton extérieur :409 mm (A) x 245 mm (B) x 360 mm (C).

Le bobineau comporte une étiquette d'orientation spécifique indiquant le sens d'avancement. Des dimensions détaillées du bobineau (diamètre de l'axe, largeur du bobineau, etc.) sont fournies pour garantir la compatibilité avec l'équipement de placement.

6.2 Programme d'emballage

Les bobineaux sont emballés dans des sachets anti-humidité en aluminium scellés. Chaque sachet contient un sachet dessiccant et une carte indicateur d'humidité pour surveiller le niveau d'humidité. Plusieurs sachets sont ensuite placés dans un carton de transport principal.

7. Considérations relatives à la conception des applications

7.1 Circuit d'application typique

Le circuit d'application de base implique deux parties principales :

1. Pilotage de l'émetteur :Une résistance de limitation de courant en série avec la LED infrarouge. La valeur de la résistance est calculée comme R_limite= (V_CC- V_F) / I_FPar exemple, avec une alimentation de 5V et un I_Fde 20mA souhaité : R_limite= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (utiliser une résistance standard de 200Ω). La LED peut être pilotée en continu ou par impulsions pour réduire la consommation d'énergie.
2. Interface du détecteur :Le phototransistor est généralement connecté à V_Lvia une résistance de tirage (R_CC) depuis son collecteur. L'émetteur est mis à la masse. En l'absence de lumière réfléchie, le transistor est bloqué et la tension de sortie au collecteur est au niveau haut (V_CC). Lorsque la lumière est détectée, le transistor conduit, tirant la tension de sortie au niveau bas. R_LLa valeur de R affecte à la fois l'amplitude de la tension de sortie et la vitesse de réponse (voir les courbes de performance). Les valeurs courantes sont comprises entre 1 kΩ et 10 kΩ.

7.2 Facteurs de conception pour une détection fiable

• Réflectivité de la cible :L'intensité du signal est proportionnelle à la réflectance de la surface de la cible. Les surfaces blanches et réfléchissantes produiront le signal le plus fort ; les surfaces noires et mates produiront le signal le plus faible. Le système doit être conçu pour fonctionner dans les conditions de cible les plus défavorables.
• Distance et alignement de la cible :Le capteur possède un "point optimal" spécifique à 4mm. Les tolérances d'assemblage ou les variations de position de la cible affectent le niveau du signal. Concevoir des gabarits mécaniques pour maintenir un alignement cohérent.
• Résistance à la lumière ambiante :Bien que la lentille noire bloque la majeure partie de la lumière visible, des sources infrarouges intenses (soleil, ampoules à incandescence) peuvent encore causer des interférences. L'utilisation d'un signal de commande LED modulé (pulsé) et d'une détection synchrone dans le circuit récepteur peut considérablement améliorer la résistance à la lumière ambiante.
• Compensation de température :Comme le montre la courbe, la sensibilité diminue avec la température. Pour les applications fonctionnant sur une large plage de températures, le circuit doit inclure une marge ou une compensation active (par exemple, en ajustant I en fonction de la température_F), afin d'assurer une détection fiable même à haute température.
• Bruit électrique :Maintenez les pistes du capteur courtes et éloignées des lignes numériques ou d'alimentation bruyantes. Près du dispositif, V_CCUtiliser des condensateurs de dérivation sur l'alimentation LED (si elle est pilotée par impulsions).

8. Comparaison et différenciation technologiques

L'ITR1502SR40A/TR8 se distingue sur le marché des capteurs réfléchissants par plusieurs attributs clés :

• Par rapport aux gros interrupteurs à trou traversant :Son principal avantage réside dans ses dimensions de boîtier CMS ultra-compactes de 4,0 x 3,0 mm, permettant une miniaturisation et un assemblage automatisé, ce qui est incomparable avec les dispositifs à trou traversant de grande taille.
• Par rapport aux autres capteurs réflexifs CMS :Dans ce boîtier de petite taille, la combinaison d'une distance optimale de 4 mm et d'une lentille noire transparente bloquant la lumière visible constitue un point de conception spécifique. Certains concurrents peuvent proposer une distance de détection plus courte ou un matériau de lentille différent.
• Comparaison entre les capteurs à sortie analogique et numérique :Ce dispositif offre une sortie phototransistor analogique, permettant aux concepteurs un contrôle total du seuil et autorisant des mesures analogiques de distance/réflectivité. Cela offre une plus grande flexibilité par rapport aux capteurs à logique numérique intégrée qui ne fournissent qu'un signal de commutation.
• Comparaison avec une paire émetteur/détecteur discrète :Le boîtier intégré garantit un alignement précis et fixe entre l'émetteur et le détecteur, ce qui est difficile et coûteux à réaliser avec deux composants séparés. Il simplifie également la conception du PCB et l'assemblage.

9. Foire aux questions (basée sur les paramètres techniques)

Q1 : Quelle est la différence entre les grades (A, B, C, D) ? Comment dois-je choisir ?
R : Les grades représentent différentes plages de sensibilité (I_C(ON)). Choisissez le grade en fonction de la marge de signal requise. Pour les applications avec des cibles à haute réflectivité ou à courte distance, un grade inférieur (A ou B) peut suffire. Pour les cibles à faible réflectivité, les distances plus longues ou le fonctionnement à haute température avec dégradation de la sensibilité, un grade supérieur (C ou D) offre une marge plus importante. La cohérence au sein d'un même grade est également importante pour la production.

Q2 : Puis-je alimenter directement une LED infrarouge avec une tension, sans résistance de limitation de courant ?
A : Non. La tension directe d'une LED n'est pas une valeur fixe ; elle varie en fonction de la température et du composant. L'alimenter directement avec une source de tension entraînerait un courant non contrôlé, risquant de dépasser les valeurs maximales absolues et d'endommager l'émetteur. Il est impératif d'utiliser une résistance de limitation de courant en série.

Q3 : Mon capteur fonctionne de manière instable. Quelle pourrait en être la raison ?
A : Les problèmes courants incluent : 1)Marge de signal insuffisante :Vérifiez le I sous votre cible spécifique_C(ON), et assurez-vous qu'il est bien supérieur au seuil de détection de votre circuit, en tenant compte de la déclassement thermique. 2)Interférence de la lumière ambiante :Protéger le capteur de la lumière directe intense ou mettre en œuvre une modulation.3)Problème de point de soudure :Vérifier si la géométrie de pastille recommandée est utilisée et contrôler la présence de ponts de soudure ou de manque de soudure.4)Courant d'obscurité excessif :À des températures très élevées, le courant d'obscurité peut devenir significatif ; assurez-vous que votre circuit peut le distinguer du signal réel.

Q4 : Comment calculer la consommation électrique du dispositif ?
R : La consommation électrique totale est la somme de la consommation en entrée (LED) et en sortie (phototransistor). P_D(total)≈ (V_F* I_F) + (V_CE(sat)* I_C). Dans des conditions typiques (I_F=20mA, V_F=1.2V, I_C=5mA, V_CE=0.2V), P_D≈ 24mW + 1mW = 25mW, bien inférieur à la valeur nominale de 75mW à 25°C. Si le fonctionnement a lieu à une température supérieure à 25°C, n'oubliez pas de déclasser cette valeur.

10. Principe de fonctionnement

L'ITR1502SR40A/TR8 fonctionne sur le principe de la réflexion de la lumière modulée. La diode électroluminescente infrarouge (IR LED) interne émet une lumière dont la longueur d'onde de crête est de 940 nm. Cette lumière est émise hors du boîtier à travers une lentille, éclaire un objet cible situé devant le capteur et est partiellement réfléchie. Un phototransistor au silicium intégré, sensible à la lumière infrarouge, détecte cette lumière réfléchie. Lorsque des photons frappent la région de base du phototransistor, des paires électron-trou sont générées, agissant comme un courant de base. Ce courant de base photogénéré est ensuite amplifié par le gain du transistor, produisant ainsi un courant de collecteur (I_C) plus important. Ce courant de collecteur constitue le signal de sortie électrique, proportionnel à l'intensité de la lumière réfléchie. Le matériau de la lentille, noir et transparent, est perméable à la lumière infrarouge de 940 nm mais opaque à la plupart des lumières visibles, offrant ainsi une immunité aux sources de lumière visible ambiantes. L'émetteur et le détecteur sont fixés et alignés de manière coplanaire à l'intérieur du boîtier moulé, créant un chemin optique précis qui optimise la capacité de détection d'objets situés à une distance spécifique (4 mm) devant le capteur.