포토인터럽터 LTH-306-01 데이터시트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-306-01은 신뢰할 수 있는 물체 감지 및 위치 감지를 위해 설계된 소형 비접촉식 광학 스위치입니다. 이 장치의 핵심 기능은 단일 패키지에 수납된 적외선 발광 다이오드와 포토트랜지스터 쌍을 기반으로 합니다. 물체가 발광부와 수광부 사이의 갭을 통과하면 적외선 광속이 차단되어 포토트랜지스터의 출력 상태가 변화합니다. 이 원리를 통해 물리적 접촉 없이도 정밀하고 마모 없는 스위칭이 가능합니다.

이 장치는 인쇄 회로 기판에 직접 장착하거나 표준 DIP 소켓에 장착할 수 있도록 설계되어 뛰어난 설계 유연성을 제공합니다. 주요 장점으로는 고속 카운팅 및 타이밍 응용에 중요한 빠른 스위칭 속도와 기계적 마모를 제거하여 장기적인 신뢰성을 보장하는 비접촉 특성이 포함됩니다. 주요 타겟 시장은 물체 감지, 용지 걸림 감지 또는 슬롯 감지가 필요한 산업 자동화, 프린터/복사기와 같은 소비자 가전, 보안 시스템, 자판기 등입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다. 주요 한계는 다음과 같습니다:

• IR 다이오드 연속 순방향 전류(I_F)): 60 mA. 이는 LED에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• IR 다이오드 피크 순방향 전류: 초당 300펄스, 10 μs 펄스 폭 기준 1 A. 이는 향상된 신호 감지를 위한 짧은 고강도 펄스를 허용합니다.
• 포토트랜지스터 콜렉터-이미터 전압(V_CEO)): 30 V. 콜렉터와 이미터 핀에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 범위: -25°C ~ +85°C. 신뢰할 수 있는 동작을 위한 주변 온도 범위를 지정합니다.
• 리드 납땜 온도: 케이스에서 1.6mm 거리에서 5초간 260°C. 이는 PCB 조립 공정에 매우 중요합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정되며, 정상 동작 조건에서 장치의 대표적인 성능을 정의합니다.

2.2.1 입력(IR LED) 특성

• 순방향 전압(V_F): 순방향 전류(I_F) 20 mA에서 일반적으로 1.2V ~ 1.6V. 이는 LED 구동 회로의 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류(I_R): 역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 100 μA. 이는 LED가 역바이어스될 때의 누설 전류를 나타냅니다.

2.2.2 출력(포토트랜지스터) 특성

• 콜렉터-이미터 항복 전압(V_(BR)CEO): 최소 30V. 트랜지스터가 지정된 콜렉터-이미터 전압을 견딜 수 있도록 보장합니다.
• 콜렉터-이미터 암전류(I_CEO): V_CE=10V에서 최대 100 nA. 이는 LED가 꺼져 있을 때(빛 없음)의 누설 전류로, "오프 상태" 신호 레벨에 영향을 미칩니다.

2.2.3 커플러(결합) 특성

• 온 상태 콜렉터 전류(I_C(ON)): V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 최소 5.0 mA. 이는 LED가 완전히 점등되고 차단되지 않을 때 포토트랜지스터의 출력 전류로, 그 감도를 나타냅니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압(V_CE(SAT)): I_C=2.5mA 및 I_F=20mA에서 최대 0.4V. 포토트랜지스터가 포화 모드에서 스위치로 사용될 때 낮은 포화 전압은 전압 강하를 최소화하므로 바람직합니다.
• 응답 시간: 상승 시간(t_r)은 일반적으로 3-15 μs, 하강 시간(t_f)은 일반적으로 4-20 μs입니다. 이는 지정된 테스트 조건(V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω)에서 측정됩니다. 이 파라미터들은 장치의 스위칭 속도와 대역폭을 정의하며, 고속 이동 물체 감지에 중요합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 대표적인 전기적/광학적 특성 곡선이 참조되어 있습니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만, 이러한 장치의 표준 곡선에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:

• IR LED의 순방향 전류 대 순방향 전압(I_F-V_F) 곡선: 비선형 관계를 보여주어 동작점 결정에 도움을 줍니다.
• 포토트랜지스터의 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압(I_C-V_CE) 곡선: 다양한 조도(LED 전류) 수준에서 출력 트랜지스터의 동작을 보여주며, 이는 바이폴라 트랜지스터의 출력 특성과 유사합니다.
• 전류 전달율(CTR) 대 순방향 전류 곡선: CTR은 포토트랜지스터 콜렉터 전류(I_C)와 LED 순방향 전류(I_F)의 비율입니다. 이 곡선은 구동 전류에 따른 효율 변화를 보여줍니다.
• 암전류(I_CEO) 및 온 상태 전류(I_C(ON)))의 온도 의존성 곡선

: 주변 온도 변화에 따른 성능 저하 또는 변동을 설명하며, 지정된 동작 범위에서 안정적인 시스템 설계에 필수적입니다.

이 곡선들은 설계자가 동작점을 최적화하고, 온도에 걸쳐 신호 무결성을 보장하며, 장치의 한계를 이해하는 데 필수적입니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

• LTH-306-01은 PCB 또는 소켓 장착을 위해 설계되었습니다. 패키지 치수는 데이터시트에 밀리미터(및 인치) 단위로 제공됩니다. 주요 기계적 참고 사항은 다음과 같습니다:
• 치수 도면에 별도로 명시되지 않는 한, 표준 공차 ±0.25mm(±0.010")가 적용됩니다.
• 패키지는 IR 발광부와 포토트랜지스터 사이에 정밀한 갭을 가진 몰드 본체를 특징으로 합니다. 이 갭의 정확한 치수, 전체 높이, 너비, 길이 및 리드 간격은 최종 제품에의 기계적 통합에 매우 중요합니다.

리드는 일반적으로 납땜 가능한 재질로 만들어지며, 스루홀 장착을 위해 성형됩니다.

극성 식별이 매우 중요합니다. 장치에는 IR LED의 애노드와 캐소드, 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터를 식별하기 위한 표시(점, 노치 또는 다른 리드 길이 등)가 있습니다. 잘못된 극성 연결은 부품을 손상시킬 수 있습니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

절대 최대 정격은 플라스틱 케이스에서 1.6mm(0.063") 떨어진 지점에서 측정 시 최대 5초 동안 260°C의 리드 납땜 온도를 지정합니다. 이는 웨이브 납땜 또는 핸드 납땜 공정에 있어 매우 중요한 파라미터입니다.

: 지정된 저장 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내에서 건조하고 정전기 방지 환경에 보관하여 수분 흡수(리플로우 중 "팝콘 현상" 유발) 및 기타 열화를 방지하십시오.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 회로

1. 기본 응용 회로는 다음을 포함합니다:LED 구동 회로_{: IR LED와 직렬로 연결된 전류 제한 저항. 저항 값(R}limit_F)은 (공급 전압 - V_F) / I_F로 계산됩니다. 5V 공급, I_F=20mA, V_{~1.4V의 경우, R}limit
2. ≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω입니다.포토트랜지스터 출력 회로
   • : 포토트랜지스터는 두 가지 일반적인 구성으로 사용될 수 있습니다:스위치 모드(포화)_{: 콜렉터에서 양극 공급(예: 5V)으로 풀업 저항을 연결합니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 빛이 트랜지스터에 닿으면 강하게 켜져(포화) 콜렉터 전압을 낮게(약 V}CE(SAT)
   • 근처로) 끌어내립니다. 빛이 차단되면 트랜지스터가 꺼지고 콜렉터 전압은 저항에 의해 높게 풀업됩니다. 출력은 디지털 신호입니다.선형 모드

: 콜렉터 저항이 있는 공통 이미터 증폭기 구성에서 포토트랜지스터를 사용합니다. 출력 전압은 수신된 빛의 강도에 따라 선형적으로 변화하여 아날로그 감지에 유용합니다.

• 6.2 설계 시 고려사항주변광 내성
• : 장치는 변조된 IR 빛을 사용하지만, 강한 주변 IR 광원(햇빛, 백열등)은 오작동을 유발할 수 있습니다. 펄스형 LED 구동 및 동기 검출을 사용하거나 광학 필터를 추가하면 내성을 향상시킬 수 있습니다.물체 특성
• : 감지 신뢰도는 물체의 IR 파장에 대한 불투명도에 따라 달라집니다. 매우 얇거나 반투명한 재질은 광속을 완전히 차단하지 못할 수 있습니다.정렬
• : 일관된 동작을 위해 물체 경로와 센서 갭의 정밀한 기계적 정렬이 필요합니다.속도
• : 물체의 속도와 시스템의 요구 응답 시간이 장치의 상승/하강 시간(마이크로초 범위)과 호환되는지 확인하십시오.전기적 노이즈

: 노이즈가 많은 환경에서는 신호 트레이스를 짧게 유지하고, 장치 근처에 바이패스 커패시터를 사용하며, 차폐를 고려하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

기계적 마이크로 스위치와 비교하여 LTH-306-01은 명확한 장점을 제공합니다: 접점 바운스 없음, 기계적 마모 없음, 더 빠른 스위칭 속도, 수백만 사이클에 걸친 더 높은 신뢰성. 반사형 센서와 같은 다른 광학 센서와 비교할 때, 투과형 포토인터럽터(슬롯형 커플러)는 일반적으로 물체 표면 반사율 및 색상 변화에 더 강하며, 순수하게 광속 차단에 기반한 더 일관된 온/오프 신호를 제공합니다._{포토인터럽터 카테고리 내에서의 주요 차별화 요소는 특정 패키지 크기(소형 설계 가능), 전기적 특성(I}C(ON)_r로 정의된 감도, t_f/t

로 정의된 속도), 그리고 납땜 및 동작 온도에 대한 강건한 사양입니다.

8. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q: 이 장치의 일반적인 수명은 얼마입니까?

A: 움직이는 부품이 없는 고체 상태 장치로서, 그 수명은 주로 LED의 점진적인 출력 저하에 의해 결정됩니다. 사양 내에서 동작할 경우, 일반적으로 기계적 스위치의 수명을 훨씬 초과하며, 종종 수십만에서 수백만 회 동작에 대해 등급이 매겨집니다.

Q: LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

A: 아닙니다. LED는 전류 제한 소스로 구동되어야 합니다. 순방향 전압을 초과하는 전압원에 직접 연결하면 과도한 전류가 흐르며 잠재적으로 파괴될 수 있습니다. 항상 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 구동기를 사용하십시오._{Q: "온 상태 콜렉터 전류"(I}C(ON)

) 최소값을 어떻게 해석해야 합니까?_CEA: 이는 지정된 테스트 조건(V_F=5V, I

=20mA)에서 보장된 최소 출력 전류입니다. 설계 시 회로(예: 풀업 저항 값)가 이 최소 전류로도 신뢰성 있게 작동하여 광속이 차단되지 않을 때 유효한 논리 로우 전압을 생성할 수 있도록 해야 합니다.

Q: 응답 시간이 마이크로초 단위입니다. 제 응용에 충분히 빠릅니까?

A: 대부분의 물체 카운팅, 위치 감지 및 용지 감지 응용의 경우, 마이크로초 응답은 충분히 빠릅니다. 예를 들어, 1mm 갭을 통해 1 m/s로 이동하는 물체를 감지할 때 차단 시간은 1ms(1000 μs)로, 장치의 스위칭 시간보다 훨씬 깁니다. 극고속 응용의 경우 필요한 타이밍을 확인하십시오.

9. 실제 사용 사례

시나리오: 프린터 내 용지 걸림 감지

LTH-306-01은 용지 경로를 따라 배치될 수 있습니다. 갭을 통과하는 용지 시트는 IR 광속이 포토트랜지스터에 도달하도록 하여 출력을 한 상태(예: 로우)로 유지합니다. 걸림이 발생하면 용지가 갭에서 멈추어 광속을 차단하고 출력 상태를 변경합니다(예: 하이). 이 신호는 프린터의 마이크로컨트롤러로 전송되어 동작을 중지하고 사용자에게 경고할 수 있습니다. 비접촉 감지는 용지나 센서에 마모를 일으키지 않으며, 빠른 응답 시간은 용지가 빠르게 이동하는 경우에도 감지를 가능하게 합니다.

10. 동작 원리_CLTH-306-01은 투과형 광학 센서입니다. U자형 패키지의 반대쪽 팔에 두 가지 주요 구성 요소, 즉 적외선 발광 다이오드와 실리콘 NPN 포토트랜지스터가 포함되어 있습니다. IR LED는 적절한 전류로 순방향 바이어스될 때 보이지 않는 적외선을 방출합니다. 포토트랜지스터는 이 특정 IR 파장에 민감하도록 설계되었습니다. 둘 사이의 갭에 물체가 없으면 IR 빛이 포토트랜지스터의 베이스 영역에 직접 비춰집니다. 이 입사광은 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터를 켜고 상당한 콜렉터 전류(I_CEO)가 흐르게 합니다. 불투명 물체가 갭에 들어가면 광로를 차단합니다. 포토트랜지스터는 빛을 받지 못하거나(또는 크게 감소) 효과적인 베이스 전류가 거의 0으로 떨어지고 트랜지스터가 꺼져 콜렉터 전류가 매우 낮은 누설 수준(I

)으로 감소합니다. 이 출력 전류/전압의 변화는 외부 회로에 의해 감지되어 "물체 존재" 이벤트로 등록됩니다.

11. 기술 트렌드

• 포토인터럽터와 같은 광전자 부품 분야는 계속 발전하고 있습니다. 업계에서 관찰되는 일반적인 트렌드는 다음과 같습니다:소형화
• : 점점 더 컴팩트해지는 소비자 및 산업 장치에 맞추기 위해 더 작은 패키지 풋프린트와 더 낮은 프로파일 개발.향상된 통합
• : 히스테리시스를 위한 슈미트 트리거, 내장 전류 제한 저항 또는 디지털 인터페이스(I2C)와 같은 추가 회로를 온칩에 통합하여 외부 설계를 단순화.향상된 성능
• : 전력 절약을 위한 낮은 LED 구동 전류 허용(높은 감도), 고속 자동화를 위한 더 빠른 응답 시간, 더 나은 온도 안정성.전력 효율성에 초점
• : 평균 전력 소비를 최소화하기 위해 매우 낮은 듀티 사이클로 펄스 동작을 가능하게 하는 설계로, 배터리 구동 응용에 중요합니다.강건성

: 먼지, 습도 및 기계적 충격과 같은 환경 요인에 대한 향상된 저항성.