ITR20001/T 광학 차단기 데이터시트 - 패키지 4.0x4.0x2.5mm - 순방향 전압 1.2V - 피크 파장 940nm - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR20001/T는 비접촉 감지 응용을 위해 설계된 반사형 광학 차단기 모듈입니다. 이 모듈은 단일의 컴팩트한 블랙 열가소성 수지 하우징 내에 적외선 발광 다이오드와 NPN 실리콘 포토트랜지스터를 통합하고 있습니다. 구성 요소들은 수렴하는 광축 상에 나란히 배치되어 있습니다. 기본 상태에서는 포토트랜지스터가 발광체로부터의 복사를 받지 않습니다. 반사 물체가 감지 간극에 들어오면, 발광체에서 나온 적외선이 물체에 반사되어 포토트랜지스터에 의해 감지되며, 이로 인해 출력 상태가 변화합니다. 이 원리를 통해 신뢰할 수 있는 물체 감지 및 위치 감지가 가능합니다.

2. 주요 특징 및 규격 준수

본 장치는 전자 설계에 있어 다음과 같은 여러 장점을 제공합니다:

• 빠른 응답 시간:고속 응용에 적합한 빠른 감지를 가능하게 합니다.
• 높은 감도:포토트랜지스터는 입력 조사도에 비해 강력한 출력 신호를 제공합니다.
• 적외선 동작:인간의 눈에 보이지 않는 940nm의 피크 발광 파장(λp)을 특징으로 하여 주변광 간섭을 줄입니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-free)이며, RoHS 및 EU REACH 규정을 준수하고, 할로겐 프리(Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)입니다.

3. 장치 구성 및 구조

본 모듈은 최적의 성능을 위해 특정 재료로 구성되어 있습니다:

• 적외선 발광체(IR):효율적인 적외선 투과를 위해 워터 클리어 렌즈 뒤에 장착된 GaAlAs(갈륨 알루미늄 비소) 칩을 사용합니다.
• 포토트랜지스터(PT):가시광선을 차단하고 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 블랙 렌즈 뒤에 장착된 실리콘 칩을 사용합니다.

블랙 하우징은 물체가 없을 때 발광체와 검출기 사이의 내부 광 반사(크로스토크)를 최소화하여 신뢰할 수 있는 오프 상태를 보장합니다.

4. 절대 최대 정격

이 한계를 초과하여 장치를 동작시키면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다. 모든 정격은 주변 온도(Ta) 25°C에서 명시됩니다.

4.1 입력부(적외선 발광 다이오드) 정격

• 전력 소산(Pd):75 mW
• 역방향 전압(VR):5 V
• 연속 순방향 전류(IF):50 mA
• 피크 순방향 전류(IFP):1 A (펄스 폭 ≤100μs, 듀티 사이클=1%)

4.2 출력부(포토트랜지스터) 정격

• 콜렉터 전력 소산(Pd):75 mW
• 콜렉터 전류(IC):20 mA
• 콜렉터-이미터 전압(BV_CEO):30 V
• 이미터-콜렉터 전압(BV_ECO):5 V

4.3 일반 정격

• 동작 온도(T_opr):-40°C ~ +85°C
• 보관 온도(T_stg):-40°C ~ +85°C
• 리드 납땜 온도(T_sol):260°C에서 5초간 (패키지 본체로부터 1/16 인치 지점에서 측정).

5. 전기-광학 특성

이 파라미터들은 표준 시험 조건(Ta=25°C) 하에서의 전기적 및 광학적 성능을 정의합니다.

5.1 적외선 발광 다이오드(입력) 특성

• 순방향 전압(V_F):1.2 V (전형값) at I_F= 20mA. 최대값은 1.5V입니다.
• 역방향 전류(I_R):최대 10 μA at V_R= 5V.
• 피크 파장(λ_P):940 nm (전형값) at I_F= 20mA.

5.2 포토트랜지스터(출력) 특성

• 암전류(I_CEO):최대 100 nA at V_CE= 5V, 조사도 제로(E_e=0). 센서가 꺼져 있을 때의 누설 전류입니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압(V_CE(sat)):최대 0.4 V at I_C= 2mA 및 조사도 1 mW/cm². 낮은 V_CE(sat)는 스위칭 응용에 바람직합니다.
• 콜렉터 전류(전달 비):
  • I_C(ON): 최소 200 μA at V_CE= 5V 및 I_F= 20mA. 물체가 감지되었을 때의 전류입니다.
  • I_C(OFF): 동일 조건에서 최대 2 μA, 물체가 없을 때의 잔류 전류를 나타냅니다.
• 스위칭 속도:
  • 상승 시간(t_r): 25 μs (전형값)
  • 하강 시간(t_f): 25 μs (전형값) 측정 조건: V_CE=5V, I_C=100μA, R_L=100Ω.

6. 성능 곡선 분석

본 데이터시트는 다양한 조건 하에서의 장치 동작을 설명하는 그래픽 데이터를 제공합니다.

6.1 적외선 발광 다이오드 곡선

• 순방향 전류 대 주변 온도:온도 상승에 따른 최대 허용 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다.
• 스펙트럼 감도:940nm를 중심으로 한 좁은 발광 대역을 확인시켜 줍니다.
• 피크 발광 파장 대 온도:변화하는 온도에 따른 피크 파장의 미세한 이동을 설명합니다.
• 순방향 전류 대 순방향 전압(IV 곡선):직렬 저항 값을 계산하기 위한 관계를 제공합니다.
• 복사 세기 대 순방향 전류:구동 전류의 함수로서의 광 출력 파워를 보여줍니다.
• 상대 복사 세기 대 각도 변위:IR LED의 발광 패턴(빔 프로파일)을 묘사합니다.

6.2 포토트랜지스터 곡선

• 콜렉터 전력 소산 대 주변 온도:포토트랜지스터의 전력 처리에 대한 디레이팅 지침을 제공합니다.
• 스펙트럼 감도:파장에 걸친 포토트랜지스터의 응답성을 보여주며, 발광체와 일치하도록 적외선 영역에서 피크를 가집니다.
• 상대 콜렉터 전류 대 주변 온도:포토트랜지스터의 감도가 온도에 따라 어떻게 변화하는지 나타냅니다.
• 콜렉터 전류 대 조사도:입사 광 파워와 출력 전류 사이의 선형 관계를 보여주는 핵심 그래프로, 장치의 전달 특성을 정의합니다.
• 콜렉터 암전류 대 주변 온도:누설 전류가 온도에 따라 어떻게 증가하는지 보여주며, 고온 동작 시 중요합니다.
• 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압:다른 조사도 수준 하에서 포토트랜지스터가 활성 영역과 포화 영역에서 동작하는 것을 보여주는 출력 특성 곡선입니다.

7. 기계적 및 패키지 정보

ITR20001/T는 컴팩트하고 표면 실장 호환 패키지에 장착되어 있습니다.

7.1 패키지 치수

제공된 도면의 주요 치수는 길이 약 4.0mm, 너비 약 4.0mm, 높이 약 2.5mm(리드 제외)입니다. 리드 간격은 표준 PCB 장착을 위해 설계되었습니다. 중요한 참고 사항으로 최소 10.0mm 알루미늄 증발 영역을 명시하고 있으며, 이는 PCB 상의 권장 금지 구역 또는 방열 기능을 가리킬 가능성이 있습니다. 명시되지 않은 모든 공차는 ±0.25mm입니다.

7.2 극성 식별

패키지에는 IR 발광 다이오드의 애노드와 캐소드, 그리고 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터를 식별하기 위한 표시 또는 특정 형상이 포함되어 있습니다. 설계자는 정확한 핀아웃 정보를 위해 치수 도면을 참조하여 올바른 PCB 레이아웃과 조립을 보장해야 합니다.

8. 납땜 및 조립 지침

본 장치는 패키지 본체로부터 1/16 인치(약 1.6mm) 지점에서 측정하여 260°C에서 5초간 리드 납땜이 가능하도록 정격되어 있습니다. 이는 무연(Sn-Ag-Cu) 솔더 페이스트를 사용하는 표준 적외선(IR) 또는 대류 리플로우 납땜 공정과 호환됩니다. 열 충격이나 플라스틱 하우징 손상을 피하기 위해 권장 리플로우 프로파일을 따르도록 주의해야 합니다. 장치는 사용 전 건조되고 제어된 환경에 보관해야 합니다.

9. 포장 및 주문 정보

표준 포장 사양은 다음과 같습니다:

• 봉지당 200개.
• 박스당 6봉지.
• 카톤당 10박스.

제품 라벨에는 고객 부품 번호(CPN), 제조사 부품 번호(P/N), 수량(QTY), 그리고 광도(CAT), 주 파장(HUE), 순방향 전압(REF)에 대한 다양한 등급 코드 필드가 포함됩니다. 추적성을 위해 로트 번호와 날짜 코드(월은 'X'로 식별)도 제공됩니다.

10. 응용 제안

10.1 대표적인 응용 시나리오

ITR20001/T는 다양한 비접촉 감지 및 스위칭 응용에 매우 적합하며, 다음을 포함합니다:

• 마우스 및 복사기 메커니즘:휠 또는 인코더 디스크 회전 감지.
• 스위치 및 스캐너 시스템:자동문, 자판기용 물체 존재 감지 또는 프린터 내 용지 감지.
• 플로피 디스크 드라이브:과거에 쓰기 금지 탭 또는 디스크 삽입 감지에 사용되었습니다.
• 일반 비접촉 스위칭:물리적 접촉 없이 물체 감지, 계수 또는 리밋 감지가 필요한 모든 응용.
• 직접 보드 장착:컴팩트한 SMD 패키지는 공간이 제한된 PCB 설계에 이상적입니다.

10.2 설계 시 고려사항

• 전류 제한 저항:IR 발광 다이오드와 함께 직렬 저항을 사용하여 순방향 전류(I_F)를 안전한 값(일반 동작 시 전형적으로 20mA)으로 제한해야 합니다. R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 로드 저항:풀업 저항은 일반적으로 포토트랜지스터의 콜렉터와 공급 전압(V_CC) 사이에 연결됩니다. 이 저항의 값(R_L)은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도를 결정합니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 스위칭을 제공하지만 출력 전압 변화는 더 작아집니다.
• 주변광:블랙 렌즈와 940nm 필터링이 간섭을 줄이지만, 매우 강한 주변 적외선 광원(예: 햇빛, 백열등)은 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 가혹한 환경에서는 차폐 또는 광학 필터링이 필요할 수 있습니다.
• 반사 표면:감지 거리와 신뢰성은 목표 물체의 반사율에 따라 달라집니다. 흰색 또는 금속 표면이 최상의 응답을 제공하며, 어두운 또는 무광 표면은 간극 거리를 줄여야 할 수 있습니다.
• 정렬:수렴하는 광축은 특정 감지 간극을 정의합니다. 물체는 신뢰할 수 있는 감지를 위해 이 간극 내를 통과해야 합니다.

11. 기술 비교 및 장점

기계식 스위치나 다른 광학 센서와 비교하여, ITR20001/T는 다음과 같은 뚜렷한 이점을 제공합니다:

• 기계식 스위치 대비:비접촉 동작을 제공하여 마모와 파손을 제거하고, 더 높은 스위칭 속도를 가능하게 하며, 무소음 동작을 제공합니다. 접점 바운스의 영향을 받지 않습니다.
• 포토다이오드 기반 센서 대비:통합된 포토트랜지스터는 전류 이득을 제공하여, 주어진 광 입력에 대해 더 높은 출력 전류를 생성하며, 간단한 온/오프 감지 회로에서 추가 증폭 단계의 필요성을 종종 제거합니다.
• 분리형 발광체-검출기 쌍 대비:사전 정렬되고 하우징된 모듈은 설계와 조립을 단순화하고, 일관된 광학 정렬을 보장하며, 보드 공간을 절약합니다. 통합된 블랙 하우징은 내부 크로스토크를 최소화합니다.

12. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: 전형적인 감지 거리는 얼마입니까?

A: 감지 거리는 고정된 파라미터가 아닙니다; IR 발광체에 대한 구동 전류, 목표 물체의 반사율, 그리고 포토트랜지스터로부터 요구되는 출력 전류에 따라 달라집니다. 설계자는 "콜렉터 전류 대 조사도" 그래프와 "복사 세기 대 순방향 전류" 그래프를 사용하여 특정 간극과 반사율에 대한 예상 신호를 계산해야 합니다.

Q: IR 발광 다이오드를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

A: 아닙니다. IR 발광 다이오드는 다이오드이며, 과전류로 인한 손상을 방지하기 위해 외부 직렬 저항에 의해 전류가 제한되어야 합니다. 이는 절대 최대 정격(I_Fmax = 50mA)에 명시되어 있습니다.

Q: 출력을 마이크로컨트롤러에 어떻게 인터페이스합니까?

A: 가장 간단한 방법은 포토트랜지스터를 스위치로 사용하는 것입니다. 콜렉터에서 마이크로컨트롤러의 논리 전압(예: 3.3V 또는 5V)까지 풀업 저항(예: 10kΩ)을 연결합니다. 이미터는 접지에 연결합니다. 물체가 감지되지 않을 때(암 상태) 콜렉터 노드는 하이(논리 1)로 풀업되며, 물체가 빛을 포토트랜지스터에 반사시켜 켜질 때는 로우(논리 0)로 풀다운됩니다.

Q: 응답 시간이 100Ω 로드 저항으로 명시된 이유는 무엇입니까?

A: 스위칭 속도는 포토트랜지스터의 접합 커패시턴스와 부하 저항(R_L)에 의해 형성된 RC 시정수에 영향을 받습니다. 더 작은 R_L(100Ω과 같은)은 더 빠른 시정수를 제공하여 장치의 고유 속도를 측정할 수 있게 합니다. 더 큰 전압 스윙을 위해 더 큰 R_L을 사용하는 실제 응용에서는 스위칭 속도가 더 느려질 것입니다.

13. 동작 원리

ITR20001/T는 변조된 광 반사의 원리로 동작합니다. 내부 적외선 LED는 940nm에서 빛을 방출합니다. 이 파장에 민감한 포토트랜지스터는 정상 조건(물체 없음)에서 LED의 광빔을 직접 "보지" 않도록 배치되어 있습니다. 그 출력은 고임피던스/저전류 상태(암전류)를 유지합니다. 반사 물체가 발광체와 검출기 사이의 사전 정의된 간극에 들어오면, 적외선 빛의 일부를 포토트랜지스터의 활성 영역에 반사합니다. 이 입사광은 포토트랜지스터에서 베이스 전류를 생성시켜, 포토트랜지스터를 켜고 상당히 더 높은 콜렉터 전류(I_C(ON))를 흐르게 합니다. 출력 핀에서의 이 전류/전압 변화는 외부 회로에 의해 감지되어 물체의 존재를 신호합니다.

14. 면책 조항 및 사용 시 주의사항

데이터시트의 중요한 면책 조항을 준수해야 합니다:

• 제조사는 제품 재료를 조정할 권리를 보유합니다.
• 본 제품은 출하일로부터 12개월 동안 게시된 사양을 충족합니다.
• 그래프 및 전형값은 참고용이며 보장되지 않습니다.
• 절대 최대 정격을 초과해서는 안 됩니다. 제조사는 오용으로 인한 손상에 대해 책임을 지지 않습니다.
• 본 제품은 사전 협의 및 승인 없이 안전-중요, 군사, 항공, 자동차, 의료 또는 생명 유지 응용에 사용하기 위한 것이 아닙니다.