LTH-309-08 포토인터럽터 센서 데이터시트 - 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-309-08은 반사형 포토인터럽터로, 적외선 발광 다이오드(LED)와 광트랜지스터를 하나의 컴팩트한 패키지에 결합한 광전자 센서의 일종입니다. 이 장치의 주요 기능은 표면에서 반사된 적외선 광속의 차단을 감지하여 물리적 접촉 없이 물체의 유무를 검출하는 것입니다. 이 장치는 직접 PCB(인쇄 회로 기판) 장착 또는 표준 듀얼 인라인 소켓에 삽입하도록 설계되어 자동화 조립 공정에 매우 다용도로 사용됩니다.

이 센서의 핵심 장점은 비접촉 스위칭 기능에 있으며, 이는 기계적 마모를 제거하여 높은 신뢰성과 긴 작동 수명을 보장합니다. 제한된 공간에서 빠른 응답 시간과 정밀한 물체 감지가 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다. 대표적인 목표 시장으로는 사무 자동화 장비(프린터, 복사기), 산업 자동화(컨베이어 벨트 카운터, 위치 감지), 소비자 가전 및 신뢰할 수 있는 물체 감지가 중요한 다양한 계측 장치가 포함됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 작동은 보장되지 않습니다.

• 입력 LED:연속 순방향 전류는 50 mA를 초과해서는 안 되며, 펄스 조건(300 pps, 10 µs 펄스 폭)에서 1 A의 피크 순방향 전류가 허용됩니다. LED의 최대 전력 소산은 75 mW입니다. 5 V를 초과하는 역방향 전압은 피해야 합니다.
• 출력 광트랜지스터:컬렉터 전류는 20 mA로 제한됩니다. 컬렉터-이미터 전압은 최대 30 V까지 견딜 수 있으며, 이미터-컬렉터 전압은 5 V로 제한됩니다. 광트랜지스터의 전력 소산은 100 mW를 초과해서는 안 됩니다.
• 환경 한계:이 장치는 주변 온도 범위 -25°C ~ +85°C 내에서 작동하도록 정격이 지정되었습니다. 저장 온도는 -55°C ~ +100°C입니다. 납땜 시, 패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정했을 때 리드는 260°C에서 5초 동안 견딜 수 있습니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이 파라미터들은 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정되며, 정상 작동 조건에서 예상되는 성능을 정의합니다.

• 입력 LED 순방향 전압(V_F):순방향 전류(I_F) 20 mA로 구동할 때 일반적으로 1.2V ~ 1.6V입니다. 이 파라미터는 구동 회로의 전류 제한 저항 설계에 매우 중요합니다.
• 출력 광트랜지스터 암전류(I_CEO):센서에 빛이 입사하지 않을 때의 누설 전류로, V_CE=10V에서 최대 100 nA로 지정됩니다. 낮은 암전류는 특히 저조도 또는 고이득 응용 분야에서 양호한 신호 대 잡음비에 필수적입니다.
• 온-상태 컬렉터 전류(I_C(ON)):LED가 I_F=20mA로 구동되고 V_CE=5V일 때 최소 컬렉터 전류는 0.5 mA입니다. 이 파라미터는 광트랜지스터의 감도를 나타냅니다.
• 컬렉터-이미터 포화 전압(V_CE(SAT)):광트랜지스터가 완전히 "켜진" 상태일 때의 전압 강하로, I_C=0.25mA 및 I_F=20mA에서 일반적으로 0.4V입니다. 낮은 포화 전압은 저전압 논리 회로와의 인터페이스에 바람직합니다.
• 응답 시간:센서의 스위칭 속도는 상승 시간(T_R)과 하강 시간(T_F)으로 특징지어집니다. V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω의 테스트 조건에서 상승 시간의 일반적인 값은 3-15 µs, 하강 시간은 4-20 µs입니다. 이 빠른 스위칭은 빠르게 움직이는 물체의 감지를 가능하게 합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기/광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만, 그 일반적인 목적과 제공하는 통찰력을 설명할 수 있습니다.

이러한 곡선은 일반적으로 온도나 구동 전류와 같은 변수에 대한 주요 파라미터를 도표화합니다. 예를 들어, I_C(ON)대 I_F(LED 순방향 전류)를 보여주는 곡선은 설계자가 입력 전력과 출력 신호 강도 간의 관계를 이해하고, 원하는 감도와 전력 소비에 맞게 LED 구동을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 또 다른 일반적인 곡선은 I_C(ON)대 주변 온도이며, 이는 센서 성능이 극한 온도에서 어떻게 저하되거나 변하는지 이해하는 데 중요하여 지정된 -25°C ~ +85°C 범위 전반에 걸쳐 신뢰할 수 있는 작동을 보장합니다. 이러한 그래프는 명목상 25°C 점 사양을 넘어서는 강건한 시스템 설계에 필수적입니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

LTH-309-08은 컴팩트한 통합을 위해 설계되었습니다. 패키지 치수는 데이터시트에 밀리미터(및 괄호 안의 인치) 단위로 제공됩니다. 주요 기계적 참고 사항은 다음과 같습니다:

• 다르게 지정되지 않는 한 ±0.25mm(±0.010")의 일반 공차가 적용됩니다.
• 리드 간격은 리드가 플라스틱 패키지 본체를 빠져나가는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다.
• 패키지는 표준 스루홀 타입으로, 수동 및 웨이브 납땜 공정 모두를 용이하게 합니다.

적절한 극성 식별은 이러한 장치에 대한 표준 핀아웃에 의해 암시됩니다: LED 애노드와 캐소드는 한쪽에, 광트랜지스터 컬렉터와 이미터는 다른 쪽에 있습니다. 설계자는 정확한 PCB 레이아웃을 위해 정확한 핀 배열과 방향을 확인하기 위해 치수 도면을 참조해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

데이터시트는 패키지 본체에서 1.6mm(0.063 인치) 떨어진 지점에서 측정했을 때 리드 납땜 온도 한계를 260°C에서 5초로 지정합니다. 이는 웨이브 납땜 또는 수동 납땜 중 공정 제어를 위한 중요한 파라미터입니다.

• 리플로우 납땜:주로 스루홀 장치이지만, 혼합 기술 보드에서 사용되는 경우 리플로우 중 극도의 주의가 필요합니다. 플라스틱 패키지는 표면 실장 부품보다 열 내성이 낮습니다. 특별히 검증되지 않는 한 표준 적외선 또는 대류 리플로우 프로파일에 대해서는 일반적으로 권장되지 않습니다.
• 수동 납땜:온도 제어 납땜 인두를 사용하십시오. 패키지 내부의 민감한 반도체 다이로의 열 전달을 최소화하기 위해 리드/패드 접합부에 빠르고 효율적으로 열을 가하십시오. 구성 요소 리드에 납땜 인두 팁을 직접 장시간 접촉시키지 마십시오.
• 세척:패키지 플라스틱과 호환되는 세척 용매를 사용하여 균열이나 열화를 피하십시오.
• 저장 조건:습기 흡수(납땜 중 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있음) 및 정전기 방전 손상을 방지하기 위해 지정된 온도 범위 -55°C ~ +100°C 내의 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 시나리오

• 프린터/복사기의 용지 감지:용지 걸림, 트레이 빈 상태 또는 용지 경로의 특정 지점에서의 용지 존재를 감지합니다.
• 컨베이어의 물체 계수:제품, 병 또는 구성 요소가 고정 지점을 통과할 때 계수합니다.
• 위치 감지:이동 캐리지(스캐너나 플로터와 같은)의 홈 위치 또는 문이나 덮개의 개폐 상태를 감지합니다.
• 회전식 인코더 디스크 감지:슬롯 휠과 함께 사용하여 속도 또는 위치 피드백을 위한 저해상도 광학 인코더를 생성합니다.

6.2 설계 시 고려사항

• LED 전류 구동:일정한 출력을 위해 LED와 직렬로 정전류원 또는 전류 제한 저항을 사용하여 안정적인 I_F를 유지하십시오. 일반적으로 테스트 조건에 따라 약 20 mA입니다. 더 높은 전류로 LED를 펄싱하면 감지 거리를 증가시킬 수 있지만 절대 최대 정격 내에 머물러야 합니다.
• 광트랜지스터 바이어싱:풀업 저항(R_L)은 컬렉터와 공급 전압(V_CC) 사이에 연결됩니다. R_L의 값은 출력 전압 스윙과 응답 시간 모두에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 응답을 제공하지만 더 작은 출력 전압 변화를 가져옵니다. 이미터는 일반적으로 접지에 연결됩니다.
• 출력 인터페이스:광트랜지스터 출력은 디지털 감지를 위해 마이크로컨트롤러의 슈미트 트리거 입력에 직접 공급되거나, 반사광 강도를 측정하기 위해 아날로그 입력에 공급될 수 있습니다. 잡음이 많은 환경에서는 광트랜지스터의 컬렉터와 이미터 사이에 작은 커패시터를 추가하여 고주파 잡음을 필터링하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 타겟 표면:반사 감지 성능은 타겟의 반사율, 색상 및 거리에 크게 의존합니다. 일관된 작동을 위해 특정 타겟 재료를 기반으로 감지 임계값을 보정하십시오. 최상의 신호 강도를 위해 감지 간격을 최소화해야 합니다.
• 주변광 내성:센서가 적외선을 사용하기 때문에 가시 주변광에 다소 내성이 있습니다. 그러나 강한 적외선 광원(햇빛이나 백열등과 같은)은 오작동을 일으킬 수 있습니다. 변조된 LED 신호를 사용하고 수신기 회로에서 동기 검출을 적용하면 주변광에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

기계적 리미트 스위치와 비교하여 LTH-309-08은 명확한 장점을 제공합니다: 움직이는 부품 없음, 더 높은 신뢰성, 더 빠른 응답, 무소음 작동. 포토인터럽터 범주 내에서 주요 차별화 요소는 지정된 파라미터에서 비롯됩니다. 빠른 스위칭 속도(3-15 µs 상승 시간)는 더 느린 광트랜지스터보다 고속 응용 분야에 적합하게 만듭니다. 상대적으로 낮은 포화 전압(0.4V)은 더 높은 V_CE(SAT)를 가진 장치에 비해 현대의 3.3V 논리 시스템과의 더 나은 호환성을 허용합니다. 표준 스루홀 DIP 패키지는 견고성과 프로토타이핑 용이성을 제공하지만, 표면 실장 대안보다 더 많은 보드 공간을 차지합니다. 설계자는 표준 패키지 형식에서 속도, 감도 및 검증된 신뢰성의 균형이 필요한 응용 분야에 이 부품을 선택할 것입니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

• Q: 3.3V 논리로 LED를 구동할 수 있습니까?A: 예, 하지만 직렬 저항을 신중하게 계산해야 합니다. 20mA에서 일반적인 V_F가 1.6V일 때, 저항 값은 (3.3V - 1.6V) / 0.02A = 85Ω입니다. 안전한 설계를 위해 데이터시트의 최대 V_F를 사용하십시오.
• Q: 최대 감지 거리는 얼마입니까?A: 데이터시트는 거리를 지정하지 않습니다. 이는 LED 구동 전류, 타겟 반사율 및 필요한 I_C(ON)에 따라 다릅니다. 특정 타겟에 대해 경험적으로 결정하는 것이 가장 좋습니다. 일반적으로 반사형 센서는 짧은 거리(몇 밀리미터)에서 가장 잘 작동합니다.
• Q: 전압 스파이크로부터 광트랜지스터를 어떻게 보호합니까?A: 30V V_(BR)CEO를 가지고 있지만, 유도성 환경에서의 신뢰성을 위해 작은 TVS(과도 전압 억제기) 다이오드 또는 컬렉터-이미터 양단에 역방향 바이어스된 일반 다이오드를 추가할 수 있습니다.
• Q: 먼지가 많은 환경에서 사용할 수 있습니까?A: 렌즈에 먼지가 쌓이면 광속이 감쇠되어 감도가 감소하고 잠재적으로 고장을 일으킬 수 있습니다. 이 장치는 밀봉되어 있지 않습니다. 가혹한 환경에서는 밀봉된 슬롯이 있는 장치를 고려하거나 외부 보호를 제공하십시오.

9. 실용 응용 사례 연구

시나리오: 데스크톱 프린터의 용지 부족 센서.LTH-309-08은 용지 공급 트레이 근처의 메인 PCB에 장착됩니다. 용지 트레이 메커니즘에 부착된 흰색 플라스틱 플래그는 용지 더미가 소진되면 센서의 감지 간격으로 이동합니다. "용지 있음" 상태에서 플래그는 간격 밖에 있어 LED의 적외선이 프린터 내부의 고정 표면에서 반사되어 광트랜지스터로 돌아가 높은 I_C(ON)와 컬렉터에서 논리 LOW 출력(풀업 저항 사용)을 생성합니다. 용지가 떨어지면 플래그가 간격으로 이동하여 광로를 차단합니다. 광트랜지스터가 꺼지고, 컬렉터 전압이 저항에 의해 HIGH로 풀업됩니다. 프린터의 마이크로컨트롤러는 이 HIGH 신호를 감지하고 디스플레이에 "용지 부족" 경고를 트리거합니다. 빠른 응답 시간은 즉각적인 감지를 보장하며, 비접촉 특성은 센서가 프린터 수명 동안 마모되지 않도록 보장합니다.

10. 동작 원리 소개

포토인터럽터는 변조된 빛 감지 원리로 작동합니다. 내부 적외선 LED는 순방향 바이어스될 때 빛을 방출합니다. LED 반대편에는 광트랜지스터가 있습니다. LTH-309-08과 같은 반사형에서는 두 요소가 같은 방향을 향합니다. 방출된 빛은 패키지 밖으로 이동하여 타겟 표면에 충돌하고, 일부는 패키지 안으로 반사되어 광트랜지스터에 입사합니다. 광트랜지스터는 빛 제어 스위치 역할을 합니다. 광자가 베이스 영역에 충돌하면 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 제공합니다. 이로 인해 트랜지스터가 "켜져" 수신된 빛의 강도에 비례하는 컬렉터 전류(I_C)가 흐르게 됩니다. 광로가 차단되면(예: 물체에 의해) 광트랜지스터가 "꺼지고" 작은 암전류만 흐릅니다. 컬렉터 전류의 이 켜짐/꺼짐 변화는 광로를 차단하는 물체의 유무를 나타내는 디지털 신호를 생성하는 데 사용됩니다.

11. 기술 트렌드

포토인터럽터와 같은 광전자 센서의 트렌드는 소형화, 고집적화 및 향상된 기능성으로 향하고 있습니다. PCB 공간을 절약하고 자동화 피크 앤 플레이스 조립을 가능하게 하기 위해 표면 실장 장치(SMD) 패키지가 표준이 되어가고 있습니다. 또한 센서를 신호 조정 회로(증폭기, 슈미트 트리거, 논리 출력)와 단일 칩에 통합하여 마이크로컨트롤러와 직접 인터페이스하기 쉬운 디지털 출력 센서를 만드는 방향으로 나아가고 있습니다. 더 나아가, 광학 필터링과 더 스마트한 변조 기술을 통해 주변광 제거를 개선하는 데 진전이 이루어지고 있습니다. 기본 원리는 변함없지만, 이러한 트렌드는 센서를 더 작고, 더 스마트하며, 더 신뢰할 수 있고, 현대 전자 설계에서 구현하기 더 쉽게 만드는 데 초점을 맞추고 있습니다.