적외선 발광 다이오드 LTE-3276 데이터시트 - 850nm 파장 - 50mA 순방향 전류 - 1.8V 순방향 전압 - 고출력 및 고속 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-3276은 빠른 응답 시간과 상당한 복사 출력이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고성능 적외선(IR) 발광 다이오드입니다. 이 장치의 핵심 장점은 고속과 고출력 능력을 결합한 것으로, 까다로운 환경에서의 펄스 동작에 적합합니다. 장치는 적외선 발광 다이오드에 일반적인 투명한 패키지에 장착되어 적외선 빛의 최대 투과를 허용합니다. 목표 시장은 신뢰할 수 있는 고강도 적외선 신호가 필요한 산업 자동화, 통신 시스템(예: IrDA), 리모컨, 광학 스위치 및 센서 시스템을 포함합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계 또는 그 근처에서 장시간 동작하는 것은 권장되지 않습니다.

• 소비 전력 (P_D):200 mW. 이는 모든 동작 조건에서 장치가 열로 발산할 수 있는 최대 총 전력입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1 A. 이 높은 전류는 펄스 조건(초당 300 펄스, 10 μs 펄스 폭)에서만 허용됩니다. 이는 장치의 짧고 강렬한 빛의 폭발 능력을 강조합니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA. 이는 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 반도체 접합이 파괴될 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 이 넓은 범위는 가혹한 환경 조건에서의 신뢰성을 보장합니다.
• 리드 솔더링 온도:본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 6초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정에서 열 손상을 방지하기 위해 중요합니다.

2.2 전기 및 광학적 특성

이 파라미터들은 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정되며, 장치의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 복사 세기 (I_E):단위 입체각당 광 출력 전력의 핵심 측정치입니다. I_F= 20mA일 때, 12.75 mW/sr(일반값)입니다. I_F= 50mA일 때, 32 mW/sr(일반값)로 크게 증가하여 전류에 따른 비선형적이고 효율적인 증가를 보여줍니다.
• 피크 방출 파장 (λ_P):850 nm(일반값). 이는 근적외선 스펙트럼에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 포토다이오드와 IR 감도가 있는 카메라에 의해 쉽게 감지됩니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):40 nm(일반값). 이는 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다. 더 좁은 폭은 더 단색광에 가까운 광원을 의미합니다.
• 순방향 전압 (V_F):I_F= 50mA일 때, V_F는 1.49V(일반값), 최대 1.80V입니다. I_F= 200mA일 때, V_F는 1.83V(일반값), 최대 2.3V로 상승합니다. 이 양의 온도 계수는 드라이버 설계 시 고려해야 합니다.
• 시야각 (2θ_1/2):50도(일반값). 이는 복사 세기가 피크 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 50° 각도는 빔 집중과 커버리지 사이의 좋은 균형을 제공합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 회로 설계 및 다양한 조건에서의 장치 동작을 이해하는 데 필수적인 여러 일반적인 특성 곡선을 제공합니다.

3.1 스펙트럼 분포 (그림 1)

이 곡선은 파장에 대한 상대 복사 세기를 표시합니다. 피크 파장이 약 850 nm임을 확인하고 방출 스펙트럼의 모양과 폭(40 nm 반폭)을 보여줍니다. 이는 발광 다이오드를 검출기의 스펙트럼 감도와 매칭하는 데 중요합니다.

3.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (그림 3)

이 IV 곡선은 다이오드의 일반적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선을 통해 설계자는 원하는 동작 전류에 필요한 구동 전압을 결정할 수 있으며, 이는 정전류 드라이버 설계에 중요합니다.

3.3 상대 복사 세기 대 순방향 전류 (그림 5)

이 그래프는 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 낮은 전류에서는 선형적이지만, 열 및 효율성 한계로 인해 매우 높은 전류에서는 포화 효과를 보일 수 있습니다. 이 데이터는 필요한 광 출력을 달성하기 위한 동작점 설정에 필수적입니다.

3.4 상대 복사 세기 대 주변 온도 (그림 4)

이 곡선은 LED 출력의 음의 온도 계수를 보여줍니다. 주변 온도가 상승함에 따라 복사 세기는 감소합니다. 이 열적 디레이팅은 충분한 신호 마진을 보장하기 위해 고온 환경을 위한 설계에 반드시 고려되어야 합니다.

3.5 방사 패턴 (그림 6)

이 극좌표도는 방출된 빛의 공간적 분포를 시각적으로 나타내며, 50도의 시야각을 명확히 보여줍니다. 이는 IR 빔을 집속하거나 평행하게 만들기 위한 광학 시스템 설계에 도움이 됩니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

장치는 적외선 발광 다이오드에 일반적인 표준 스루홀 패키지(아마도 T-1 3/4 (5mm) 스타일)를 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터(인치) 단위입니다.
• 별도로 명시되지 않는 한 공차는 ±0.25mm(.010")입니다.
• 플랜지 아래의 돌출된 수지는 최대 1.5mm(.059")입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지에서 나오는 지점에서 측정됩니다.

투명한 패키지 재료는 일반적으로 에폭시이며, 850 nm에서 높은 투과율을 위해 최적화되어 있습니다.

4.2 극성 식별

표준 LED 패키지의 경우, 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극)이고, 더 짧은 리드는 캐소드(음극)입니다. 패키지에는 캐소드 근처에 평평한 면이 있을 수도 있습니다. 역방향 바이어스 손상을 방지하기 위해 올바른 극성을 관찰하는 것이 필수적입니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

리드 솔더링에 대한 절대 최대 정격이 명시적으로 명시되어 있습니다:본체에서 1.6mm (.063") 떨어진 지점에서 6초 동안 260°C. 이는 조립을 위한 중요한 파라미터입니다.

• 웨이브/핸드 솔더링:260°C/6s 한계를 엄격히 준수하십시오. 열 충격을 최소화하기 위해 예열을 권장합니다.
• 리플로우 솔더링:SMD에 대해 명시적으로 언급되지는 않았지만, 온도 프로파일은 패키지 본체 온도가 장시간 85°C의 저장 최대치를 초과하지 않도록 해야 하며, 지정된 지점의 리드 온도는 260°C를 초과해서는 안 됩니다.
• 저장 조건:습기 흡수 및 열화를 방지하기 위해 지정된 온도 범위(-40°C ~ +85°C) 내의 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

6. 응용 제안

6.1 일반적인 응용 시나리오

• 적외선 데이터 전송 (IrDA):고속 특성으로 인해 직렬 데이터 링크에 적합합니다.
• 리모컨:고출력으로 인해 긴 거리와 신뢰할 수 있는 동작을 보장합니다.
• 광학 스위치 및 물체 감지:포토검출기와 함께 사용하여 존재, 위치 또는 계수를 감지합니다.
• 산업 안전 커튼:기계 보호를 위한 보이지 않는 빔 장벽을 생성합니다.
• 야간 투시 조명:IR 감도가 있는 CCTV 카메라용.

6.2 설계 고려사항

• 드라이버 회로:항상 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 드라이버를 사용하십시오. 원하는 동작 전류(I_F)에서의 순방향 전압(V_F)을 기반으로 계산하십시오.
• 열 관리:최대 전류 근처에서 연속 동작하는 경우, 소비 전력(P_D= V_F* I_F)을 고려하고, 접합 온도를 한계 내로 유지하기 위해 필요한 경우 적절한 방열판을 확보하십시오.
• 펄스 동작:1A 피크 펄스 전류의 경우, 드라이버가 고속 능력을 활용할 수 있도록 필요한 고전류 펄스를 빠른 상승/하강 시간으로 전달할 수 있는지 확인하십시오.
• 광학 설계:응용 요구에 따라(예: 장거리용 좁은 빔, 넓은 영역 커버리지용 넓은 빔) 50° 빔을 형성하기 위해 렌즈 또는 반사판을 사용하십시오.
• 검출기 매칭:최적의 성능을 위해 피크 스펙트럼 감도가 약 850 nm인 포토검출기(예: 포토트랜지스터, 포토다이오드)와 함께 사용하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

LTE-3276은 다음과 같은 특정 파라미터 조합을 통해 시장에서 차별화됩니다:

• 적당한 전류에서의 고출력:50mA에서 32 mW/sr은 강력한 출력으로, 우수한 신호 대 잡음비가 필요한 응용 분야에 유리합니다.
• 고속 능력:펄스 동작에 대한 사양은 빠른 고유 응답 시간을 의미하며, 변조 신호에 적합합니다.
• 견고한 구조:넓은 동작 온도 범위와 투명한 패키지는 신뢰성을 위한 설계를 나타냅니다.
• 표준 저출력 IR LED와 비교하여, 이 장치는 상당히 높은 복사 세기를 제공합니다. 레이저 다이오드와 비교하면 더 안전하고(이 출력 등급에서는 눈에 안전함), 더 넓은 빔을 가지며, 일반적으로 더 견고하고 구동이 더 쉽습니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 예를 들어, 5V 공급 전압에서 V_F가 약 1.5V일 때 I_F=50mA로 구동하려면: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 옴. 68 또는 75 옴 저항을 사용하고 정격 전력을 확인하십시오(P = I²R = 0.175W, 따라서 1/4W 저항으로 충분합니다).

Q: 복사 세기(mW/sr)와 개구 복사 조도(mW/cm²)의 차이는 무엇인가요?

A: 복사 세기는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 전력으로, 광원의 방향적 강도를 설명합니다. 개구 복사 조도는 지정된 거리와 정렬에서 검출기 표면에 도달하는 전력 밀도(cm²당 mW)입니다. 후자는 전자와 거리/역제곱 법칙에 따라 달라집니다.

Q: 펄스 모드에서 어떻게 사용하나요?

A: 논리 신호로 제어되는 트랜지스터(BJT 또는 MOSFET) 스위치를 사용하여 LED를 펄스 구동하십시오. 드라이버가 빠른 스위칭으로 높은 피크 전류(최대 1A)를 공급할 수 있는지 확인하십시오. 듀티 사이클을 고려할 때 평균 전류는 여전히 연속 전류 정격(100mA)을 준수해야 합니다.

Q: 왜 출력이 온도가 올라감에 따라 감소하나요?

A> 이는 반도체 LED의 기본적인 특성입니다. 온도가 증가하면 반도체 물질 내에서 비복사 재결합 과정이 증가하여 내부 양자 효율이 감소하고 결과적으로 광 출력이 감소합니다.

9. 실용 설계 사례

사례: 장거리 적외선 물체 감지 센서 설계.

목표: 5미터 거리에서 물체 감지.

설계 단계:

1. 발광기 구동:LTE-3276을 I_F=50mA(1kHz, 50% 듀티 사이클로 펄스)에서 동작시켜 높은 피크 세기(32 mW/sr)를 달성하면서 평균 전력을 관리 가능하게 유지합니다.

2. 광학:발광기 앞에 간단한 평행광 렌즈를 추가하여 50° 빔을 더 집중된 ~10° 빔으로 좁혀 거리에서의 세기를 크게 증가시킵니다.

3. 검출기:850nm에서 피크 응답을 갖는 매칭된 실리콘 포토트랜지스터를 사용하십시오. 앞에 협대역 통과 광학 필터(850nm 중심)를 배치하여 주변광을 제거합니다.

4. 회로:수신기 회로는 작은 광전류를 증폭합니다. 동기 검출(발광기를 변조하고 수신기를 동일한 주파수로 조정)을 사용하여 DC 주변광과 저주파 잡음을 제거하여 범위와 신뢰성을 크게 향상시킵니다.

이 설정은 LTE-3276의 고출력과 고속 특성을 활용하여 견고하고 간섭에 강한 감지 시스템을 구축합니다.

10. 동작 원리 소개

LTE-3276과 같은 적외선 발광기는 반도체 물리학에 기반한 발광 다이오드(LED)입니다. p-n 접합에 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때 에너지를 방출합니다. 이 특정 장치에서 반도체 물질(일반적으로 알루미늄 갈륨 비소 - AlGaAs 기반)은 이 에너지가 적외선 스펙트럼에서 광자로 방출되도록 설계되어 있으며, 피크 파장은 850 나노미터입니다. "투명한" 에폭시 패키지는 이 파장에 투명하도록 도핑되어 광자가 효율적으로 탈출할 수 있게 합니다. "고속" 특성은 이 재결합 과정의 빠른 켜기 및 끄기 시간을 의미하며, 이는 데이터 전송을 위해 LED를 고주파로 변조할 수 있게 합니다.

11. 기술 트렌드

적외선 발광기 기술은 광전자 분야의 더 넓은 트렌드와 함께 계속 발전하고 있습니다. 주요 발전 사항은 다음과 같습니다:

증가된 전력 효율:연구는 내부 양자 효율(전자당 더 많은 광자)과 패키지에서의 광 추출 효율을 개선하여 동일한 전기 입력 전력에 대해 더 높은 복사 세기를 얻는 데 초점을 맞추고 있습니다.

더 작은 폼 팩터:소형화 추세는 기존 스루홀 타입과 유사하거나 더 나은 성능을 가진 표면 실장 장치(SMD) 패키지를 요구합니다.

향상된 속도:통신 응용 분야를 위해 더 빠른 변조 대역폭을 가진 장치가 개발되어 더 높은 데이터 전송률을 지원합니다.

파장 다양화:850nm와 940nm가 일반적이지만, 다른 파장들도 가스 감지를 위한 눈에 안전한 더 긴 파장이나 특정 흡수선과 같은 특정 응용 분야에 맞게 최적화되고 있습니다.

통합:발광기를 드라이버 IC와 통합하거나 심지어 검출기와 단일 모듈로 통합하는 추세가 있으며, 이는 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화합니다.