LTH-301-19 포토인터럽터 데이터 시트 - 비접촉식 스위칭 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-301-19은 신뢰할 수 있는 물체 감지 또는 위치 감지가 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 소형 비접촉식 스위칭 장치입니다. 이 장치는 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 포토트랜지스터가 쌍을 이루는 원리로 동작합니다. 물체가 발광부와 검출부 사이의 적외선 빔을 차단하면, 포토트랜지스터의 출력 상태가 변화하여 스위칭 신호를 제공합니다. 이 장치는 직접 PCB 장착 또는 듀얼 인라인 소켓과 함께 사용하기에 적합하며, 다양한 산업 및 소비자 가전 애플리케이션을 위한 빠르고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다.

2. 기술 파라미터 심층 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. IR 다이오드는 60 mA의 연속 순방향 전류와 5 V의 역방향 전압을 견딜 수 있습니다. 포토트랜지스터의 컬렉터 전류는 100 mW의 전력 소산으로 20 mA로 제한됩니다. IR 다이오드의 경우, 펄스 조건(10 μs 펄스 폭, 300 pps)에서 1 A의 피크 순방향 전류가 허용됩니다. 이 장치는 -25°C ~ +85°C의 동작 온도 범위와 -40°C ~ +100°C의 보관 범위로 정격화되어 있습니다. 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시, 리드 납땜 온도는 5초 동안 260°C를 초과해서는 안 됩니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 섹션은 주변 온도 25°C에서의 일반적인 동작 조건 하에서 장치의 성능을 상세히 설명합니다.

2.2.1 입력 LED 특성

IR LED의 순방향 전압(VF)은 순방향 전류(IF) 20mA에서 일반적으로 1.6V이며, 최대 1.6V입니다. 역방향 전류(IR)는 역방향 전압(VR) 5V에서 최대 100 μA입니다.

2.2.2 출력 포토트랜지스터 특성

컬렉터-이미터 항복 전압(V(BR)CEO)은 최소 30V입니다. 이미터-컬렉터 항복 전압(V(BR)ECO)은 최소 5V입니다. 컬렉터-이미터 암전류(ICEO)는 VCE=10V에서 최대 100 nA로, LED가 꺼져 있을 때의 누설 전류를 나타냅니다.

2.2.3 커플러 특성

컬렉터-이미터 포화 전압(VCE(SAT))은 포토트랜지스터가 포화 상태로 구동될 때(IC=70μA, IF=1.4mA) 최대 0.4V입니다. 온 상태 컬렉터 전류(IC(ON))는 VCE=3.3V 및 IF=1.4mA에서 일반적으로 70 μA이며, VCE=5V 및 IF=20mA에서 10 mA에 도달할 수 있어, 다양한 구동 조건에서 장치의 감도와 출력 능력을 보여줍니다.

2.2.4 응답 시간

스위칭 속도는 상승 시간(tr)과 하강 시간(tf)으로 특징지어집니다. 일반적인 상승 시간은 3 μs(최대 15 μs)이며, 일반적인 하강 시간은 4 μs(최대 20 μs)입니다. 이는 특정 테스트 조건(VCE=5V, Ic=2mA, RL=100Ω)에서 측정된 값으로, 장치의 고속 감지 능력을 정의합니다.

3. 기계적 및 패키징 정보

3.1 패키지 치수

이 장치는 표준 스루홀 패키지를 특징으로 합니다. 별도로 명시되지 않는 한, 모든 치수는 기본 공차 ±0.25mm로 밀리미터 단위로 지정됩니다. 정확한 치수 도면은 데이터시트에 제공되어 있으며, PCB 레이아웃을 위한 본체 크기, 리드 간격 및 전체 풋프린트를 상세히 설명합니다.

3.2 극성 식별

올바른 방향은 매우 중요합니다. 데이터시트에는 IR LED의 애노드와 캐소드, 포토트랜지스터의 컬렉터와 이미터를 명확히 표시한 다이어그램이 포함되어 있습니다. 장치를 잘못 장착하면 오작동이나 손상으로 이어질 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 별도로 명시되지 않는 한 주변 온도 25°C에서 도시된 일반적인 전기적 및 광학적 특성 곡선이 포함되어 있습니다. 이러한 그래프는 표로 정리된 최소, 일반, 최대값을 넘어서는 장치 동작을 이해하는 데 필수적입니다.

4.1 전달 특성

곡선은 다양한 컬렉터-이미터 전압(VCE)에서 입력 LED 순방향 전류(IF)와 출력 포토트랜지스터 컬렉터 전류(IC) 간의 관계를 보여줄 가능성이 높습니다. 이는 이득을 위한 핵심 파라미터인 전류 전달율(CTR)을 설명합니다.

4.2 출력 포화 특성

다양한 IF 수준에 대한 VCE(SAT) 대 IC를 나타내는 그래프는 포토트랜지스터가 완전히 켜졌을 때의 출력 전압 레벨을 이해하는 데 도움이 되며, 이는 논리 회로와의 인터페이싱에 중요합니다.

4.3 온도 의존성

주요 데이터는 25°C에서 제공되지만, 특성 곡선은 암전류(ICEO) 및 출력 전류와 같은 파라미터가 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여줄 수 있으며, 이는 지정된 동작 범위에서 안정적인 시스템을 설계하는 데 중요합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

5.1 납땜 파라미터

절대 최대 정격은 리드가 260°C에서 최대 5초 동안 납땜될 수 있음을 명시하며, 온도는 플라스틱 하우징에서 1.6mm(0.063") 떨어진 지점에서 측정됩니다. 이는 내부 구성 요소와 플라스틱 패키지에 대한 열 손상을 방지하는 데 중요합니다.

5.2 취급 및 보관

이 장치는 지정된 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내에서 보관해야 합니다. 반도체 접합부에 대한 손상을 방지하기 위해 취급 및 조립 중에는 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다.

6. 애플리케이션 제안

6.1 대표적인 애플리케이션 시나리오

LTH-301-19은 프린터(용지 걸림 감지, 토너 레벨), 복사기, 자판기(동전/물체 감지), 산업 자동화(위치 감지, 리밋 스위치) 및 소비자 가전에서의 비접촉식 감지에 이상적입니다. 빠른 스위칭 속도로 인해 카운팅 또는 속도 측정 애플리케이션에 적합합니다.

6.2 설계 시 고려사항

전류 제한 저항:IR LED의 순방향 전류(IF)를 안전한 값(일반적으로 테스트 조건 1.4mA와 절대 최대값 60mA 사이)으로 제한하기 위해 외부 저항을 IR LED와 직렬로 사용해야 하며, 이는 밝기와 수명을 균형 있게 조절합니다.
부하 저항:포토트랜지스터 컬렉터에 연결된 부하 저항(RL)의 값은 출력 전압 스윙과 응답 시간 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 RL은 더 빠른 스위칭을 제공하지만 출력 전압 스윙은 더 작아집니다.
주변광:적외선 장치로서, 가시 주변광 간섭에 덜 민감합니다. 그러나 중요한 애플리케이션의 경우, 기계적 차폐 또는 변조/복조 기술을 사용하여 노이즈 내성을 향상시킬 수 있습니다.
정렬:발광부와 검출부 슬롯 사이의 정밀한 기계적 정렬은 최적의 성능과 최대 감지 거리를 위해 필요합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

기계식 스위치와 비교하여, LTH-301-19은 비접촉식 동작이라는 핵심적인 장점을 제공하여 마모가 없고, 수명이 길며, 무음 동작 및 더 높은 잠재적 스위칭 속도를 가능하게 합니다. 다른 광학 센서와 비교하여, 통합된 슬롯 패키지는 내장된 광 경로를 제공하여 기계적 설계를 단순화하고 별도의 발광부 및 검출부 구성 요소 대비 정렬 신뢰성을 향상시킵니다. 지정된 포화 전압(VCE(SAT))<0.4V)은 저전압 논리 회로와의 우수한 호환성을 보장합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 암전류(ICEO) 파라미터의 목적은 무엇인가요?
A: 암전류는 IR LED의 빛이 입사하지 않을 때(즉, 빔이 차단되거나 LED가 꺼져 있을 때) 포토트랜지스터를 통해 흐르는 작은 누설 전류입니다. 낮은 암전류(최대 100 nA)는 "오프 상태" 전류를 최소화하여 스위치의 온/오프 상태를 더 명확하게 구분하므로 바람직합니다.

Q: LED 전류 제한 저항의 값을 어떻게 선택하나요?
A: 옴의 법칙을 사용하세요: R = (Vcc - VF) / IF. Vcc는 공급 전압, VF는 LED 순방향 전압(설계 마진을 위해 1.6V 사용), IF는 원하는 동작 전류(예: 전체 출력을 위한 20mA)입니다. 저항에서 계산된 전력 소산이 정격 내에 있는지 확인하세요.

Q: 이 센서는 야외에서 사용할 수 있나요?
A: 동작 온도 범위는 -25°C ~ +85°C로 많은 환경을 포함합니다. 그러나 직사광선에는 센서를 포화시킬 수 있는 강한 적외선 복사가 포함되어 있습니다. 먼지와 습기에 대한 환경적 밀봉은 패키지 사양에 포함되지 않으며 별도로 고려해야 합니다.

Q: 감지 거리 또는 간격에 영향을 미치는 요인은 무엇인가요?
A: 감지 간격은 LED 구동 전류(IF), 포토트랜지스터의 감도, 정렬 및 빔을 차단하는 물체의 불투명도에 영향을 받습니다. 데이터시트는 최대 간격을 지정하지 않습니다. 이는 특정 물체와 필요한 신호 마진에 대해 경험적으로 결정되어야 합니다.

9. 실용적인 사용 사례

사례: 데스크탑 프린터의 용지 감지.LTH-301-19은 용지 경로가 슬롯을 통과하도록 장착될 수 있습니다. 풀업 저항으로 구성된 마이크로컨트롤러 GPIO 핀이 포토트랜지스터의 컬렉터를 모니터링합니다. 용지가 없을 때는 IR 빔이 검출부에 도달하여 포토트랜지스터를 켜고 컬렉터 전압을 낮게(거의 VCE(SAT) 근처로) 만듭니다. 용지가 슬롯에 들어오면 빔을 차단하여 포토트랜지스터를 끄고, 풀업 저항이 컬렉터 전압을 Vcc로 높게 당깁니다. 마이크로컨트롤러는 이 전압 변화를 감지하여 용지 존재를 확인하거나 용지 부족 경고를 트리거합니다. 빠른 응답 시간은 빠르게 움직이는 용지에 대해서도 감지를 보장합니다.

10. 동작 원리 소개

LTH-301-19은 U자형 플라스틱 패키지에 수납된 투과형 광학 센서입니다. 한쪽에는 일반적으로 약 940nm 파장의 빛을 방출하는 적외선 발광 다이오드(IR LED)가 있습니다. 슬롯 반대편에는 실리콘 NPN 포토트랜지스터가 수신기 역할을 합니다. 포토트랜지스터는 베이스 영역에 입사하는 빛이 전자-정공 쌍을 생성하도록 설계되어 베이스 전류 역할을 하여 훨씬 더 큰 컬렉터-이미터 전류를 제어합니다. 슬롯에 물체가 없을 때는 IR LED의 빛이 포토트랜지스터에 조사되어 도통 상태(ON 상태)가 됩니다. 물체가 슬롯에 들어오면 광 경로를 차단하여 포토트랜지스터에 조사되는 빛을 급격히 감소시켜 도통을 멈추게 합니다(OFF 상태). 이 출력 전류/전압의 변화가 스위칭 신호로 사용됩니다.

11. 기술 트렌드

LTH-301-19과 같은 포토인터럽터는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 대표합니다. 이 분야의 현재 트렌드에는 더 높은 밀도의 PCB 장착을 위한 패키지 소형화, 자동화 조립을 용이하게 하는 표면 실장 장치(SMD) 버전 개발, 그리고 깨끗한 디지털 출력 신호를 제공하고 노이즈 내성을 향상시키기 위해 패키지 내에 슈미트 트리거나 증폭기와 같은 추가 회로를 통합하는 것이 포함됩니다. 또한 LED 효율과 포토트랜지스터 감도를 최적화하여, 특히 배터리 구동 애플리케이션을 위한 전력 소비 감소에 초점을 맞추고 있습니다. 더 나아가, 일부 고급 변형 제품은 인코딩된 위치 감지를 제공하거나 중복성을 확보하기 위해 단일 패키지에 여러 발광부 또는 검출부를 통합합니다.