LTH-209-01 반사형 포토인터럽터 데이터시트 - 반사형 물체 감지 센서 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-209-01은 비접촉 스위칭 응용을 위해 설계된 반사형 포토인터럽터 모듈입니다. 이 광전자 소자는 단일의 컴팩트한 패키지 내에 적외선(IR) 발광 다이오드와 포토트랜지스터를 통합합니다. 주요 기능은 감지 간극 내에 배치된 반사 물체의 유무를 감지하는 것입니다. 이 모듈은 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 장착하거나 듀얼 인라인 소켓과 함께 사용할 수 있도록 설계되어 시스템 통합에 유연성을 제공합니다. 핵심 장점으로는 기계적 마모를 제거하고 장기적인 신뢰성을 보장하는 비접촉 동작과 다양한 감지 및 계수 작업에 적합한 빠른 스위칭 속도가 있습니다. 목표 시장은 정밀하고 신뢰할 수 있는 물체 감지가 필요한 자동화 장비, 소비자 가전, 보안 시스템 및 산업 제어를 포함합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 한계를 초과하여 장치를 작동하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• IR 다이오드 연속 순방향 전류 (I_F):최대 50 mA. 이는 IR LED를 통해 연속적으로 흐를 수 있는 DC 전류의 상한을 정의합니다.
• IR 다이오드 역전압 (V_R):최대 5 V. 이 역바이어스 전압을 초과하면 LED 접합이 손상될 수 있습니다.
• 포토트랜지스터 콜렉터 전류 (I_C):최대 20 mA. 이는 출력 트랜지스터가 싱크할 수 있는 최대 연속 전류입니다.
• 포토트랜지스터 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO):최대 30 V. 이는 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터 핀에 걸쳐 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
• 동작 온도 범위:-35°C ~ +65°C. 이 주변 온도 범위 내에서 장치가 사양에 따라 작동함이 보장됩니다.
• 리드 납땜 온도:케이스에서 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 리플로우 납땜 공정에 중요합니다.

전력 감액 참고사항:IR 다이오드(75 mW)와 포토트랜지스터(100 mW) 모두의 최대 전력 소산은 주변 온도가 25°C를 초과할 때 1.33 mW/°C의 비율로 선형적으로 감액되어야 합니다. 이는 열 관리와 장기적인 신뢰성에 필수적입니다.

2.2 전기 및 광학 특성

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

2.2.1 입력 IR 다이오드 특성

• 순방향 전압 (V_F):순방향 전류(I_F) 20 mA에서 일반적으로 1.2V ~ 1.6V. 이 파라미터는 LED의 전류 제한 구동 회로 설계에 중요합니다.
• 역전류 (I_R):역전압(V_R) 5V에서 최대 100 µA. 낮은 역전류는 우수한 접합 품질을 나타냅니다.

2.2.2 출력 포토트랜지스터 특성

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO):I_C=1mA에서 최소 30V. 이 높은 항복 전압은 출력 회로에서 더 높은 풀업 전압 사용을 가능하게 합니다.
• 콜렉터-이미터 암전류 (I_CEO):V_CE=10V에서 최대 100 nA. 이는 IR 다이오드가 꺼져 있을 때(조명 없음)의 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 특히 저조도 또는 고이득 응용에서 우수한 신호 대 잡음비에 필수적입니다.

2.2.3 커플러 (시스템) 특성

이 파라미터들은 완전한 센서 시스템(IR LED + 포토트랜지스터)의 성능을 설명합니다.

• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):I_C=0.08mA 및 I_F=20mA에서 최대 0.4V. 이 낮은 포화 전압은 포토트랜지스터가 효율적인 스위치 역할을 하여 활성화될 때 출력을 접지에 가깝게 당길 수 있음을 나타냅니다.
• 온 상태 콜렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 최소 0.16 mA.테스트 조건:이 중요한 파라미터는 센서 면에서 3.81 mm (0.15 인치) 떨어진 곳에 표준 반사 표면(90% 확산 반사율 백지)을 배치하여 측정됩니다. 이 표준화된 거리와 표면은 장치의 지정된 성능에 대한 "감지 간극"과 "최소 감지 가능 반사율"을 정의합니다.

3. 기계적 및 패키지 정보

3.1 패키지 치수

LTH-209-01은 표준 4핀 DIP(듀얼 인라인 패키지) 스타일 하우징으로 제공됩니다. 모든 치수는 치수 도면에 별도로 명시되지 않는 한 기본 공차 ±0.25mm로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 패키지는 스루홀 PCB 장착을 위해 설계되었습니다. 본체 길이, 너비, 높이, 핀 간격 및 핀 직경을 포함한 정확한 치수 도면은 PCB 풋프린트 설계 및 최종 제품 인클로저에의 기계적 통합에 필수적입니다.

3.2 핀아웃 및 극성 식별

장치에는 네 개의 핀이 있습니다. 일반적으로 두 핀은 IR 발광 다이오드의 애노드와 캐소드용이고, 다른 두 핀은 NPN 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터용입니다. 손상을 방지하기 위해 정확한 식별이 매우 중요합니다. 데이터시트의 핀아웃 다이어그램을 참조해야 합니다. 패키지에는 종종 핀 1을 나타내는 노치, 점 또는 경사진 모서리가 포함됩니다. IR 다이오드는 극성에 민감하며, 포토트랜지스터 콜렉터와 이미터는 올바른 스위칭 동작을 위해 올바르게 연결되어야 합니다.

4. 납땜 및 조립 지침

수동 납땜:온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 절대 최대 정격은 플라스틱 케이스에서 1.6mm 떨어진 곳에서 측정 시 리드가 5초 동안 260°C에 견딜 수 있음을 명시합니다. 내부 구성 요소와 플라스틱 하우징에 대한 열 응력을 최소화하기 위해 가능한 가장 낮은 온도와 가장 짧은 시간을 사용하여 신뢰할 수 있는 납땜 접합을 만드는 것이 좋습니다.

웨이브 납땜:가능하지만, 동일한 온도/시간 프로파일(케이스에서 1.6mm 거리에서 5초 동안 260°C)을 엄격히 준수해야 합니다. 열 충격을 줄이기 위해 예열을 권장합니다.

세척:납땜 후 세척이 필요한 경우, 장치의 플라스틱 재질과 호환되는 방법 및 용매를 사용하여 광학 창의 균열 또는 흐림을 피하십시오.

보관 조건:지정된 보관 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내의 환경에 보관하십시오. 광학 표면의 오염을 방지하기 위해 사용할 때까지 장치를 원래의 습기 차단 백에 보관하는 것이 좋습니다.

5. 응용 제안

5.1 대표적인 응용 회로

가장 일반적인 회로 구성은 LTH-209-01을 디지털 스위치로 사용하는 것입니다. IR 다이오드는 전압 공급(예: 5V)으로부터 정전류원 또는 전류 제한 저항으로 구동됩니다. 테스트 조건에 따라 일반적인 I_F20mA가 사용됩니다. 포토트랜지스터는 공통 이미터 구성으로 연결됩니다: 콜렉터는 풀업 저항(R_CC)을 통해 공급 전압(V_L, 최대 30V)에 연결되고, 이미터는 접지에 연결됩니다. 출력 신호는 콜렉터 노드에서 가져옵니다. 반사 물체가 없을 때 포토트랜지스터는 꺼져 있습니다(출력 하이). 반사 물체가 감지 간극에 들어오면 IR 빛이 포토트랜지스터에 반사되어 켜지고 출력을 로우로 당깁니다.

5.2 설계 고려사항 및 모범 사례

• 풀업 저항(R_L) 선택:R_L의 값은 출력 전류와 전압 스윙을 결정합니다. 필요한 I_C(ON)및 부하의 입력 특성(예: 마이크로컨트롤러 GPIO)에 따라 선택해야 합니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 스위칭과 더 나은 노이즈 내성을 제공하지만 더 많은 전력을 소비합니다. I_C가 20mA를 초과하지 않도록 하십시오: R_L> (V_CC- V_CE(SAT)) / 20mA.
• 전기적 노이즈 최소화:바이패스 커패시터(예: 0.1µF)를 장치의 전원 핀 가까이에 배치하십시오. 특히 포토트랜지스터 출력 라인과 같은 신호 트레이스를 짧게 유지하여 전자기 간섭(EMI)에 대한 감수성을 줄이십시오.
• 광학적 고려사항:감지 성능은 대상 물체의 반사율, 색상 및 거리에 따라 달라집니다. 지정된 I_C(ON)은 3.81mm에서 90% 반사율의 흰색 표면에 대한 것입니다. 더 어둡거나 더 먼 물체는 더 작은 출력 신호를 생성합니다. 일관된 동작을 위해 시스템의 감지 임계값(예: 비교기 기준 전압)을 이에 따라 설계하십시오. 주변 광원(특히 IR이 풍부한 햇빛 또는 백열등)이 센서의 조리개에 직접 비추지 않도록 하십시오. 이는 오작동을 유발할 수 있습니다. 변조된 IR 신호와 동기 검출은 고주변광 환경에서 사용될 수 있습니다.
• 기계적 정렬:신뢰할 수 있는 감지를 위해 대상 물체의 경로가 일관되고 최적의 감지 간극(지정된 3.81mm 주변) 내를 통과하도록 하십시오.

6. 기술 비교 및 차별화

LTH-209-01은 반사형 포토인터럽터로서 다른 광센서 유형과 다릅니다:

• 대 투과형 포토인터럽터(슬롯형 옵토커플러):투과형은 발광기와 검출기 사이에 물리적 간극이 있습니다. 물체가 광로를 차단할 때 감지됩니다. LTH-209-01과 같은 반사형은 물체가 빛을 반사할 때 감지합니다. 반사형 센서는 한쪽 면에서만 접근이 필요하므로 장착이 더 간단한 경우가 많지만, 성능은 물체의 표면 특성에 더 의존합니다.
• 대 포토로직 센서:일부 포토인터럽터는 깨끗한 디지털 출력을 제공하기 위해 내장 논리 회로(슈미트 트리거, 증폭기)를 포함합니다. LTH-209-01은 간단한 아날로그 포토트랜지스터 출력을 제공하여 더 많은 유연성을 제공하지만, 노이즈가 많은 환경에서 강력한 디지털 신호를 생성하려면 외부 회로(비교기 등)가 필요합니다.
• 이 모델의 주요 장점:상대적으로 높은 콜렉터-이미터 항복 전압(30V), 낮은 포화 전압 및 감도에 대한 표준화된 테스트 조건의 조합은 일반적인 반사형 감지 응용에 적합한 균형을 제공합니다.

7. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 물체 감지를 위한 최적 거리는 얼마입니까?

A1: 데이터시트는 대상이 3.81mm(0.15")에 있을 때 온 상태 전류(I_C(ON))를 지정합니다. 이는 표준화된 테스트 거리입니다. 실제 최적 거리는 대상의 반사율에 따라 다릅니다. 반사율이 높은 대상의 경우 약간 더 먼 거리에서도 감지가 작동할 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 설계를 위해 명목 작동점으로 3.81mm를 사용하십시오.

Q2: IR LED를 전압원으로 직접 구동할 수 있습니까?

A2: 아니요. IR LED는 모든 다이오드처럼 전류 구동되어야 합니다. 전압원에 직접 연결하면 과도한 전류가 흐르며 장치를 파괴할 수 있습니다. 항상 직렬 전류 제한 저항을 사용하십시오. 저항 값을 R = (V_공급- V_F) / I_F로 계산하십시오. 5V 공급, V_F=1.4V, I_F=20mA의 경우: R = (5 - 1.4) / 0.02 = 180 옴.

Q3: 출력 신호가 불안정하거나 노이즈가 많은 이유는 무엇입니까?

A3: 일반적인 원인은 다음과 같습니다: 1) 느린 상승 시간을 초래하는 불충분한 풀업 저항 값, 2) 긴 출력 트레이스에서의 전기적 노이즈 피킹(바이패스 커패시터 사용 및 더 짧은 배선), 3) 주변 IR 광 간섭(센터 차폐 또는 변조 사용), 4) 대상 물체의 반사율이 변하거나 거리가 일정하지 않음.

Q4: "선형 감액 1.33 mW/°C" 참고사항은 무엇을 의미합니까?

A4: 이는 열 감액 규칙입니다. 최대 허용 전력 소산(다이오드 75 mW, 트랜지스터 100 mW)은 25°C에서 지정됩니다. 주변 온도가 25°C 이상으로 증가할 때마다 최대 허용 전력을 1.33 mW씩 감소시켜야 합니다. 예를 들어, 65°C(25°C보다 40°C 높음)에서 트랜지스터의 감액된 최대 전력은 100 mW - (40 * 1.33 mW) = 100 - 53.2 = 46.8 mW입니다.

8. 실용 응용 사례 연구

시나리오: 프린터 내 종이 감지.

LTH-209-01은 프린터 메커니즘을 통해 공급될 때 종이의 선단을 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 센서는 감지면이 종이 경로를 향하도록 메인 보드에 장착됩니다. 반사 스트립 또는 종이 자체(충분히 반사되는 경우)가 대상 역할을 합니다. 종이가 없을 때 출력은 하이입니다. 종이 가장자리가 센서 아래를 지나가면 반사된 IR 빛이 포토트랜지스터를 활성화하여 출력을 로우로 당깁니다. 이 디지털 신호는 프린터의 마이크로컨트롤러에 종이 위치를 알려 정확한 인쇄 타이밍을 제어할 수 있게 합니다. 여기서 주요 설계 포인트는 MCU의 3.3V 또는 5V 로직과 깨끗하게 인터페이스할 풀업 저항 선택, 올바른 감지 간극을 유지하기 위해 종이 경로가 기계적으로 안정되도록 보장, 그리고 종이 질감으로 인한 신호의 디바운스를 위해 출력에 간단한 RC 필터를 추가하는 것을 포함할 수 있습니다.

9. 동작 원리

LTH-209-01은 변조된 빛 반사와 광전 변환의 원리로 작동합니다. 내부적으로 적외선 발광 다이오드(IRED)는 일반적으로 약 940nm 파장의 빛을 방출하며, 이는 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 이 빛은 장치의 전면으로 투사됩니다. 적절히 반사되는 물체가 시야각 내에 들어오고 유효 범위 내에 있을 때, 방출된 IR 복사의 일부가 물체 표면에서 반사되어 장치 쪽으로 돌아옵니다. 동일한 패키지 내에서 IRED 옆에 위치한 실리콘 NPN 포토트랜지스터가 이 반사된 빛을 수신합니다. 포토트랜지스터의 베이스 영역에 입사하는 광자는 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 생성합니다. 이 광생성 베이스 전류는 트랜지스터의 이득에 의해 증폭되어 외부에서 측정할 수 있는 훨씬 더 큰 콜렉터 전류가 됩니다. 콜렉터 전류의 이 변화(매우 낮은 암전류에서 지정된 I_C(ON)으로)가 기본 감지 메커니즘입니다. 따라서 장치는 광학적 사건(반사 물체의 존재)을 전기 신호로 변환합니다.

10. 산업 동향 및 배경

LTH-209-01과 같은 반사형 포토인터럽터는 광범위한 광전자 센서 시장 내에서 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 대표합니다. 이 분야의 일반적인 동향은 소형화, 통합도 증가 및 기능 향상으로 향하고 있습니다. 새로운 장치들은 자동화 조립을 위한 표면 실장(SMD) 패키지, 낮은 전력 소비 및 디지털 출력(I2C, PWM) 또는 개선된 선형성을 가진 아날로그 출력을 제공하는 내장 신호 조정 IC를 특징으로 할 수 있습니다. 또한 주변광에 대한 내성을 향상시키기 위해 특정 파장 사용 또는 광학 필터 통합으로의 이동도 있습니다. 더 나아가, 재료 및 패키징 기술의 발전은 이러한 구성 요소의 온도 범위, 내습성 및 장기 안정성을 계속해서 개선하고 있습니다. 고급 대안이 존재하지만, 스루홀, 이산 포토트랜지스터 출력 반사형 센서는 단순성, 견고성 및 검증된 성능이 가장 중요한 수많은 비접촉 감지 응용 분야에서 비용 효율적이고 매우 다용도의 솔루션으로 남아 있습니다.