LTH-301-07P5 포토 인터럽터 데이터시트 - 슬롯 광학 스위치

1. 제품 개요

LTH-301-07P5는 비접촉식 스위칭 응용을 위해 설계된 광전자 부품인 포토 인터럽터입니다. 이 부품은 단일의 컴팩트한 슬롯형 하우징 내에 적외선 발광 다이오드(LED)와 포토트랜지스터를 통합하고 있습니다. 기본 동작 원리는 외부 물체에 의해 발광기와 검출기 사이의 적외선 광속이 차단될 때 포토트랜지스터의 출력 신호에 상응하는 변화가 발생하는 것입니다. 이 설계는 물리적 접촉 없이 물체의 존재, 부재 또는 위치를 감지하는 신뢰할 수 있고 정밀한 방법을 제공합니다.

이 장치의 핵심 장점은 비접촉식 특성에 있으며, 이는 기계적 마모를 제거하여 높은 신뢰성과 긴 작동 수명으로 이어집니다. 빠른 스위칭 속도를 특징으로 하여, 빠른 감지가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 이 부품은 직접 인쇄 회로 기판(PCB) 장착 또는 듀얼 인라인 소켓 사용을 위해 설계되어 시스템 설계 및 조립에 유연성을 제공합니다.

대표적인 목표 시장 및 응용 분야는 팩스, 복사기, 프린터, 스캐너와 같은 사무 자동화 장비를 포함하되 이에 국한되지 않습니다. 또한 정밀한 물체 감지가 필요한 다양한 산업 자동화, 소비자 가전 및 계측 시스템에서 널리 사용됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 절대 최대 정격

절대 최대 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 정격은 주변 온도(TA) 25°C에서 지정되며, 정상 작동 조건에서도 일시적으로라도 절대 초과해서는 안 됩니다.

입력 LED:연속 순방향 전류는 50 mA로 제한되며, 펄스 조건(초당 300 펄스, 10 μs 펄스 폭)에서 1 A의 피크 순방향 전류가 허용됩니다. LED의 최대 전력 소산은 80 mW입니다. 역방향 전압 내성은 5 V로, LED가 우발적인 역방향 바이어스로부터 보호받기 위한 중요한 파라미터입니다.

출력 포토트랜지스터:컬렉터-이미터 전압(V_CE) 정격은 30 V이며, 이미터-컬렉터 전압(V_EC)은 5 V입니다. 최대 컬렉터 전류는 20 mA이며, 전력 소산 한계는 100 mW입니다. 포토트랜지스터의 장수명과 안정적인 작동을 보장하기 위해서는 이러한 한계를 준수하는 것이 필수적입니다.

환경 한계:이 장치는 -25°C ~ +85°C의 작동 온도 범위로 정격화되어 있습니다. 보관 온도 범위는 더 넓어서 -40°C ~ +100°C입니다. 리드 납땜 온도는 케이스에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정하여 5초 동안 260°C로 지정되며, 이는 조립 공정에 있어 중요한 정보입니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이러한 특성은 25°C의 정상 작동 조건에서 장치의 예상 성능을 정의합니다. 회로 설계를 위한 핵심 파라미터를 제공합니다.

입력 LED 특성:전형적인 순방향 전압(V_F)은 순방향 전류(I_F) 20 mA에서 1.2 V이며, 최대 1.6 V입니다. 이 파라미터는 LED 구동 회로의 전류 제한 저항을 설계하는 데 매우 중요합니다. 역방향 전류(I_R)는 역방향 전압(V_R) 5 V에서 최대 100 μA로, LED의 오프 상태에서의 누설 전류를 나타냅니다.

출력 포토트랜지스터 특성:컬렉터-이미터 암전류(I_CEO)는 V_CE=10V에서 최대 100 nA로, LED가 꺼져 있을 때(빛 없음)의 출력 누설 전류를 나타냅니다. 항복 전압(BV_CEO 및 BV_ECO)은 최대 정격을 확인시켜 줍니다.

커플러 (시스템) 특성:이 파라미터들은 LED와 포토트랜지스터의 결합된 성능을 설명합니다. 온-상태 컬렉터 전류(I_C(ON))는 LED가 I_F=20mA 및 V_CE=5V로 구동될 때 최소 0.6 mA임이 보장됩니다. 이는 슬롯이 차단되지 않았을 때의 핵심 출력 신호 레벨입니다. 컬렉터-이미터 포화 전압(V_CE(SAT))은 동일 조건에서 I_C=0.2mA일 때 최대 0.4 V로, 양호한 "온" 상태 특성을 나타냅니다. 전형적인 상승 시간(T_r) 3 μs 및 하강 시간(T_f) 4 μs(특정 테스트 조건 하에서)인 응답 시간은 장치의 스위칭 속도 능력을 정의합니다.

3. 기계적 및 패키징 정보

3.1 외형 치수

LTH-301-07P5는 표준 스루홀 패키지를 특징으로 합니다. 상세한 기계 도면은 데이터시트에 제공됩니다. 모든 치수는 밀리미터로 지정됩니다. 지정되지 않은 치수에 대한 표준 공차는 ±0.25 mm입니다. 주요 치수로는 하우징의 전체 길이, 너비, 높이, 슬롯 너비와 깊이(차단 물체가 통과하는 간극을 정의함), 리드 간격 및 직경이 포함됩니다. 이 부품은 웨이브 납땜 또는 핸드 납땜 공정을 위해 설계되었습니다.

극성 식별:이 장치는 특정 핀아웃을 가지고 있습니다. 일반적으로, 더 긴 리드 또는 하우징의 특정 마킹이 LED의 애노드를 나타냅니다. 정확한 핀 식별(예: 핀 1은 종종 LED 애노드, 핀 2는 LED 캐소드, 핀 3은 포토트랜지스터 이미터, 핀 4는 컬렉터)을 위해 치수 도면을 참조하는 것이 중요하며, 이는 PCB 조립 중 올바른 방향을 보장하기 위함입니다. 잘못된 극성은 장치가 작동하지 않게 합니다.

4. 납땜 및 조립 가이드라인

납땜 중 적절한 처리는 플라스틱 하우징과 내부 반도체 다이의 손상을 방지하기 위해 필수적입니다.

일반 주의사항:하우징을 솔더에 담그지 마십시오. 제품이 납땜 중 고온 상태일 때 리드 프레임에 외부 응력을 가해서는 안 되며, 이는 내부 균열이나 정렬 불량을 유발할 수 있습니다.

핸드/리드 납땜:수동 납땜의 경우, 권장 최대 인두 온도는 350°C입니다. 리드당 납땜 시간은 3초를 초과해서는 안 되며, 리드당 한 번만 수행해야 합니다. 납땜 지점은 부품 하우징 베이스에서 2 mm 이상 떨어져 있어야 열 손상을 방지할 수 있습니다.

웨이브 납땜:자동화된 웨이브 납땜의 경우, 특정 프로파일이 권장됩니다. 예열 온도는 100°C를 초과해서는 안 되며, 예열 시간은 최대 60초입니다. 솔더 웨이브 온도는 최대 260°C이며, 접촉 시간은 5초를 초과해서는 안 됩니다. 담금 위치는 하우징 베이스에서 2 mm 이상 낮지 않아야 합니다. 이 프로파일을 준수하면 열 충격을 방지하고 플라스틱 패키지의 무결성을 손상시키지 않으면서 신뢰할 수 있는 솔더 접합을 보장합니다.

5. 보관 조건 및 주의사항

납땜성을 유지하고 성능 저하를 방지하기 위해 특정 보관 조건을 준수해야 합니다.

이상적인 보관 환경은 온도 30°C 미만, 상대 습도 70% 미만입니다. 부품은 납품일로부터 3개월 이내에 조립되어야 합니다. 부품이 원래의 습기 민감 포장 상태로 남아 있는 동안 보관 수명을 연장하려면, 적절한 건조제가 있는 밀폐 용기나 질소 퍼지 건조기에 보관해야 합니다. 그러나 이러한 통제된 조건 하에서도 보관 기간은 1년을 초과해서는 안 됩니다.

원래의 밀봉 포장이 개봉되면, 부품은 3개월 이내에 사용해야 하며, <25°C 및 <60% 상대 습도의 통제된 환경에 보관해야 합니다. 특히 고습도 환경에서 주변 온도의 급격한 변화는 응결을 방지하기 위해 피해야 하며, 응결은 부품 리드의 산화로 이어질 수 있습니다. 보관 조건이 지정된 기준을 충족하지 않으면, 핀의 납땜성이 저하될 수 있습니다. 이러한 경우, 생산에 사용하기 전에 납땜성 평가 및 잠재적인 부품 재선별을 수행해야 합니다.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 시나리오

LTH-301-07P5는 다용도이며 수많은 응용 분야에서 사용됩니다:

• 프린터/복사기/스캐너의 용지 감지:용지 존재, 용지 걸림 또는 용지 롤의 끝을 감지합니다.
• 위치 감지:이동 메커니즘(예: 프린터 캐리지, 로봇 암)의 원점 또는 이동 한계를 감지합니다.
• 회전 인코딩:슬롯 휠과 함께 사용하여 회전축의 속도나 위치를 측정합니다.
• 물체 계수:컨베이어 벨트에서 슬롯을 통과하는 아이템을 계수합니다.
• 보안 시스템:침입 감지를 위한 빔 차단 센서의 일부로 사용됩니다.

6.2 설계 고려사항

이 포토 인터럽터로 회로를 설계할 때, 몇 가지 요소를 고려해야 합니다:

• LED 구동 전류:권장 작동 전류는 20 mA입니다. 공급 전압(V_CC)과 LED 순방향 전압(V_F)을 기반으로 옴의 법칙을 사용하여 직렬 저항을 계산해야 합니다: R = (V_CC- V_F) / I_F. 전형적인 V_F 1.2V와 5V 공급 전압을 사용하면, 저항은 대략 (5V - 1.2V) / 0.02A = 190 옴이 됩니다. 표준 200 옴 저항이 적합할 것입니다.
• 포토트랜지스터 바이어싱:포토트랜지스터 출력은 공통 이미터 구성(이미터 접지, 컬렉터는 부하 저항 R_CC을 통해 V_L로 풀업) 또는 스위치로 사용될 수 있습니다. R_L의 값은 출력 전압 스윙과 스위칭 속도에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 응답을 제공하지만 더 작은 출력 전압 변화를 가져옵니다. 데이터시트 테스트 조건은 R_L=100Ω을 사용합니다.
• 신호 컨디셔닝:출력은 빛의 강도에 따라 변하는 아날로그 전류입니다. 디지털 스위칭 응용의 경우, 특히 차단 물체가 광속을 완전히 차단하지 않을 때, 깨끗한 디지털 신호를 제공하기 위해 부하 저항 뒤에 비교기나 슈미트 트리거 회로가 필요할 수 있습니다.
• 주변광 내성:이 장치는 적외선을 사용하기 때문에, 가시 주변광에 다소 내성이 있습니다. 그러나 강한 적외선 광원(예: 햇빛, 백열등)은 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 변조된 LED 구동 신호와 동기 검출을 사용하면 주변광에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 기계적 정렬:차단 물체는 일관된 작동을 위해 슬롯을 안정적으로 통과하고 광속을 완전히 차단해야 합니다. 슬롯 치수와 물체의 크기 및 경로를 신중하게 고려해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

LTH-301-07P5와 같은 포토 인터럽터는 기계적 마이크로 스위치, 홀 효과 센서, 반사형 광학 센서와 같은 다른 감지 기술과 경쟁합니다.

기계적 스위치 대비:주요 장점은 물리적 접촉이 전혀 없다는 점으로, 사실상 무한한 기계적 수명, 접점 바운스 없음, 무음 작동, 더럽거나 먼지가 많은 환경에서의 더 높은 신뢰성으로 이어집니다. 단점은 약간 더 높은 비용과 전자 구동 회로의 필요성일 수 있습니다.

반사형 광학 센서 대비:슬롯형 포토 인터럽터는 발광기와 검출기가 고정된 기하학적 구조로 정밀하게 정렬되어 있기 때문에 더 높은 위치 정확도와 일관성을 제공합니다. 대상 물체의 반사율 변화에 덜 민감합니다. 반사형 센서는 거리에서 물체를 감지하거나 물리적 슬롯이 실현 가능하지 않은 경우에 더 적합합니다.

홀 효과 센서 대비:홀 센서는 빛 차단이 아닌 자기장을 감지합니다. 자석의 위치를 감지하는 데 사용됩니다. 선택은 전적으로 응용에 달려 있습니다: 불투명 물체 감지(포토 인터럽터) 대 자기장 감지(홀 센서).

LTH-301-07P5의 특정 차별화 요소는 균형 잡힌 전기적 특성(순방향 전압, 출력 전류, 속도), 웨이브 납땜에 적합한 견고한 기계적 패키지, 그리고 명확히 정의된 보관 및 취급 요구사항에 있으며, 이는 대량 생산에 있어 신뢰할 수 있는 선택지로 만듭니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: LED의 "피크 순방향 전류" 정격의 목적은 무엇입니까?

A: 이 정격(300pps, 10μs에서 1A)은 LED가 짧은 시간 동안 연속 정격(50mA)보다 훨씬 높은 전류로 펄싱될 수 있도록 합니다. 이는 더 밝은 광학 펄스를 달성하는 데 사용될 수 있으며, 이는 신호 대 잡음비를 개선하거나 더 낮은 듀티 사이클을 허용하여 평균 전력 소비와 발열을 줄일 수 있습니다.

Q: I_C(ON)은 최소 0.6mA로 지정되어 있습니다. 이것이 제 회로 설계에 어떤 의미가 있습니까?

A: 이것은 보장된 하한선입니다. 표준 테스트 조건(I_F=20mA, V_CE=5V) 하에서, 슬롯이 막히지 않았을 때 포토트랜지스터는최소0.6mA를 싱크합니다. 귀하의 응용에서 실제 전류는 더 높을 수 있습니다. 귀하는 부하 저항(R_L)과 후속 논리 게이트를 설계하여 이 최소 전류에 해당하는 전압 레벨을 인식하도록 해야 합니다. 예를 들어, R_L=1kΩ일 때, 광속이 차단되지 않았을 때 출력 전압은 최대 V_CE= 5V - (0.6mA * 1kΩ) = 4.4V까지 떨어집니다.

Q: 보관 조건, 특히 봉지를 개봉한 후에는 왜 그렇게 엄격합니까?

A: 부품 리드는 습한 공기에 노출되면 산화되기 쉽습니다. 산화된 리드는 납땜성이 나빠져 약하거나 존재하지 않는 솔더 접합("디웨팅")으로 이어집니다. 습기 민감 포장과 엄격한 보관 규칙은 높은 조립 수율과 장기 신뢰성을 보장하기 위한 산업 표준 관행(IPC/JEDEC 표준과 일치)입니다.

Q: 이 센서를 실외에서 사용할 수 있습니까?

A: 작동 온도 범위는 -25°C ~ +85°C로, 많은 실외 조건을 포함합니다. 그러나 햇빛(강한 적외선 방사선원)에 직접 노출되면 포토트랜지스터가 포화되어 오작동을 유발할 수 있습니다. 또한 이 장치는 물이나 먼지 유입에 대해 밀봉되어 있지 않습니다. 실외 사용을 위해서는 주변광으로부터의 신중한 광학 차폐와 환경 보호가 필요하거나, 다른 센서 기술이 더 적절할 수 있습니다.

9. 동작 원리 소개

포토 인터럽터는 직관적인 광전자 원리로 작동합니다. 물리적 간격(슬롯)을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 두 개의 주요 구성 요소를 포함하고 있습니다:

1. 적외선 발광기 (LED):이는 적절한 전류(예: 20mA)로 순방향 바이어스될 때 적외선(인간의 눈에 보이지 않음)을 방출하는 반도체 다이오드입니다.
2. 포토트랜지스터:이는 빛에 민감한 트랜지스터입니다. 적외선 발광기에서 나온 광자가 베이스 영역에 충돌하면, 전자-정공 쌍을 생성하며, 이는 베이스 전류로 작용합니다. 이 빛에 의해 유도된 베이스 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어, 컬렉터에서 이미터로 흐르는 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 발생시킵니다.

작동 상태:

- 차단되지 않음 (빔 존재):발광기에서 나온 적외선이 포토트랜지스터에 직접 떨어집니다. 포토트랜지스터가 켜져 상당한 컬렉터 전류(I_C(ON))가 흐릅니다. 풀업 저항이 있는 공통 이미터 회로에서 컬렉터의 출력 전압은 낮아집니다(V_CE(SAT)에 가깝게).

- 차단됨 (빔 차단):슬롯에 놓인 불투명 물체가 적외선을 차단합니다. 빛이 포토트랜지스터 베이스에 도달하지 않으므로 꺼집니다. 오직 아주 작은 누설 전류(I_CEO, 암전류)만 흐릅니다. 컬렉터의 출력 전압은 공급 전압(V_CC) 근처로 상승합니다.

높은 출력 전압(빔 차단)과 낮은 출력 전압(빔 통과) 사이의 이 전이는 감지 논리를 위한 깨끗한 디지털 신호를 제공합니다.

10. 발전 동향

포토 인터럽터를 포함한 광전자 센서 분야는 계속 발전하고 있습니다. 산업에서 관찰 가능한 객관적인 동향은 다음과 같습니다:

• 소형화:더 작은 패키지 크기(예: 더 작은 풋프린트와 더 낮은 프로파일을 가진 표면 실장 장치)로의 지속적인 추진이 있으며, 이는 더 컴팩트한 최종 제품과 더 높은 밀도의 PCB 조립을 가능하게 합니다.
• 향상된 성능:반도체 재료와 패키징의 개선은 더 높은 감도(낮은 LED 구동 전류로 전력 소비 감소), 고속 응용을 위한 더 빠른 응답 시간, 그리고 파라미터의 더 나은 온도 안정성을 제공하는 것을 목표로 합니다.
• 통합 및 스마트 기능:일부 현대 포토 인터럽터는 LED 구동 회로와 포토트랜지스터 출력을 위한 신호 컨디셔닝(증폭기, 비교기, 슈미트 트리거)을 동일 패키지에 통합합니다. 이는 외부 회로 설계를 단순화하고 직접적인 디지털 논리 레벨 출력을 제공할 수 있습니다. 다중 감지 요소의 통합 또한 하나의 동향입니다.
• 신뢰성 및 제조에 초점:설계는 픽 앤 플레이스 및 리플로우 납땜과 같은 자동화 조립 공정을 위한 견고성을 점점 더 우선시합니다. 재료는 열 응력 및 환경 요인에 대한 더 나은 저항성을 위해 선택됩니다.
• 응용 특화 변형:휴대용 장치의 용지 처리용 초박형 센서나 고정밀 에지 감지를 위한 매우 좁은 슬롯을 가진 센서와 같이 특정 시장 요구에 맞춤화된 센서에 대한 개발이 계속되고 있습니다.

LTH-301-07P5는 광범위한 표준 응용 분야의 핵심 요구사항을 충족하는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 대표하는 동시에, 이러한 광범위한 동향들이 차세대 장치의 개발을 형성하고 있습니다.