LTH-301-23 포토인터럽터 데이터시트 - 치수 4.0x3.2x2.5mm - 순방향 전압 1.6V - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-301-23은 비접촉 스위칭 애플리케이션을 위해 설계된 컴팩트한 스루홀 포토인터럽터 모듈입니다. 단일 하우징 내에 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 포토트랜지스터를 통합하여 물리적 간격으로 분리되어 있습니다. 작동의 핵심 원리는 발광부와 검출부 사이의 적외선 광속이 차단될 때 포토트랜지스터의 출력 상태가 상응하여 변화하는 것입니다. 이는 기계적 마모 없이 위치 감지, 물체 감지 또는 리밋 스위칭이 필요한 애플리케이션에 이상적이며, 높은 신뢰성과 빠른 스위칭 속도를 가능하게 합니다.

주요 장점으로는 비접촉 작동으로 인한 긴 수명, 계수나 속도 감지에 적합한 빠른 응답 속도, 직접 PCB 장착 또는 표준 듀얼 인라인 소켓과 호환되어 쉬운 통합을 제공하는 설계가 있습니다. 목표 시장과 애플리케이션은 사무 자동화 장비(프린터, 복사기), 산업 자동화(컨베이어 벨트 물체 감지, 위치 감지), 소비자 가전 및 다양한 계측 및 제어 시스템을 포함하여 광범위합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

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

• IR 다이오드 연속 순방향 전류 (I_F)): 60 mA. 적외선 LED를 통해 흐를 수 있는 최대 정상 상태 전류입니다.
• IR 다이오드 피크 순방향 전류: 초당 300 펄스, 10 μs 폭의 펄스에 대해 1 A. 더 강한 신호 버스트가 필요한 애플리케이션을 위한 짧고 고강도의 펄스를 허용합니다.
• 포토트랜지스터 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO)): 30 V. 출력 트랜지스터의 콜렉터와 이미터 사이에 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
• 작동 온도 범위: -25°C ~ +85°C. 장치의 신뢰할 수 있는 작동을 위한 주변 온도 범위를 정의합니다.
• 리드 솔더링 온도: 케이스에서 1.6mm 떨어진 지점에서 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 솔더링이나 핸드 솔더링 공정 중 과도한 열로 인한 손상을 방지하기 위한 조립 공정 제어에 중요합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

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

2.2.1 입력(IR LED) 특성

• 순방향 전압 (V_F): 순방향 전류(I_F) 20 mA에서 일반적으로 1.2V ~ 1.6V. LED 구동 회로의 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다.
• 역방향 전류 (I_R): 역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 100 μA. 역바이어스 시 LED의 누설 전류를 나타내며, 매우 낮습니다.

2.2.2 출력(포토트랜지스터) 특성

• 콜렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO): 최소 30V. 트랜지스터가 일반적인 회로 전압을 견딜 수 있도록 보장합니다.
• 콜렉터-이미터 암전류 (I_CEO): V_CE=10V에서 최대 100 nA. LED가 꺼져 있을 때(빛 없음)의 누설 전류로, "오프 상태" 신호 레벨을 결정합니다.
• 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)): I_C=0.2mA 및 I_F=20mA에서 최대 0.4V. 트랜지스터가 완전히 "온" 상태일 때 트랜지스터 양단의 전압 강하로, 논리 레벨 인터페이싱에 중요합니다.
• 온 상태 콜렉터 전류 (I_C(ON)): V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 최소 0.4 mA. 빔이 차단되지 않았을 때 사용 가능한 최소 출력 전류를 지정하여 센서의 감도를 정의합니다.

2.2.3 커플러(시스템) 특성

• 상승 시간 (t_r): V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω의 테스트 조건에서 3 μs(일반) ~ 15 μs(최대).
• 하강 시간 (t_f): 동일 조건에서 4 μs(일반) ~ 20 μs(최대).

이 응답 시간은 출력이 오프에서 온(상승)으로, 온에서 오프(하강)로 전환되는 속도를 정의합니다. 빠른 스위칭 속도(마이크로초 범위)는 빠르게 움직이는 물체 감지나 고속 계수 애플리케이션을 가능하게 합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기/광학 특성 곡선을 참조합니다. 제공된 텍스트에 구체적인 그래프는 상세히 나와 있지 않지만, 이러한 장치의 표준 곡선은 일반적으로 다음을 포함합니다:

• IR LED의 순방향 전류 대 순방향 전압 (I_F-V_F) 곡선: 비선형 관계를 보여주며, 구동 회로 설계에 중요합니다.
• 포토트랜지스터의 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE) 곡선: 조도(LED 전류)의 다른 수준에서, 이 출력 곡선은 트랜지스터의 작동 영역(차단, 활성, 포화)을 보여줍니다.
• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류 곡선: CTR은 포토트랜지스터 콜렉터 전류(I_C)와 LED 순방향 전류(I_F)의 비율입니다. 이 곡선은 광학 커플링의 효율성과 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지를 보여줍니다.
• 암전류 (I_CEO) 및 온 상태 전류 (I_C(ON)))의 온도 의존성 곡선

: 이 곡선들은 극한 온도에서 성능이 어떻게 저하되는지 설명하며, 지정된 온도 범위에서 작동하는 견고한 시스템 설계에 필수적입니다.

이 곡선들은 설계자가 작동점을 최적화하고, 성능 상충 관계를 이해하며, 모든 지정된 조건에서 신뢰할 수 있는 작동을 보장할 수 있게 합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

• LTH-301-23은 표준 스루홀 패키지에 장착됩니다. 데이터시트의 주요 치수 정보:
• 모든 치수는 밀리미터로 제공되며, 인치는 괄호 안에 표기됩니다.
• 특정 특징 노트에 달리 명시되지 않는 한 표준 공차는 ±0.25mm (±0.010")입니다.

패키지는 직접 PCB 장착 또는 표준 듀얼 인라인 소켓 삽입을 위해 설계되어 조립 및 프로토타이핑에 유연성을 제공합니다.

발광부와 검출부 사이의 물리적 간격은 하우징 내에 고정되어 있으며, 차단 물체가 통과하는 슬롯을 정의합니다. 이 간격의 정확한 너비는 치수 도면에서 찾을 수 있는 중요한 기계적 사양입니다.

4.2 극성 식별 및 핀아웃

정상 작동을 위해 올바른 핀 식별이 필수적입니다. 장치는 네 개의 리드를 가집니다. 일반적으로 한쪽의 두 리드는 적외선 LED(애노드 및 캐소드)에 속하고, 다른 쪽의 두 리드는 포토트랜지스터(콜렉터 및 이미터)에 속합니다. 데이터시트의 패키지 도면은 노치, 점 또는 케이스의 경사진 모서리로 핀 1을 명확히 표시할 것입니다. 전기 특성 표는 공통 이미터 구성에서 사용될 때 LED의 애노드가 양극이고, NPN 포토트랜지스터의 콜렉터가 양극임을 확인시켜 줍니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

절대 최대 정격은 솔더링에 대한 주요 지침을 제공합니다: 리드 솔더링 온도는 플라스틱 케이스에서 1.6mm (0.063") 떨어진 지점에서 5초 동안 260°C를 초과해서는 안 됩니다. 이는 웨이브 솔더링이나 핸드 솔더링 공정 중 과도한 열로 인해 내부 에폭시나 반도체 다이가 손상되는 것을 방지하기 위한 표준 예방 조치입니다.

• 권장 사항:
• 온도 제어 솔더링 아이언을 사용하십시오.
• 아이언과 리드 사이의 접촉 시간을 최소화하십시오.
• 웨이브 솔더링의 경우, 프로파일(예열, 침지, 피크 온도, 액상선 이상 시간)이 이 요구 사항을 충족하도록 제어되도록 하십시오.

솔더링 중 또는 후에 리드에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오.보관 조건:

장치는 지정된 보관 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내에 보관해야 하며, 습기 흡수(리플로우 중 "팝콘 현상"을 유발할 수 있음) 및 정전기 방전 손상을 방지하기 위해 건조한 정전기 방지 환경이 바람직합니다.

6. 애플리케이션 제안

6.1 일반적인 애플리케이션 회로가장 일반적인 구성은공통 이미터 스위치_{입니다. IR LED는 전압원에 연결된 전류 제한 저항(R}limit_{)을 통해 구동됩니다. 저항 값은 R}limit_CC= (V_F- V_F) / I_{로 계산됩니다. 포토트랜지스터의 콜렉터는 풀업 저항(R}pull-up_{) 및 공급 전압에 연결되고, 이미터는 접지됩니다. 출력 신호는 콜렉터 노드에서 취합니다. 빔이 차단되지 않으면 트랜지스터가 켜져 출력 전압을 낮음(V}CE(SAT)_CC 근처)으로 당깁니다. 빔이 차단되면 트랜지스터가 꺼지고, 풀업 저항이 출력 전압을 높음(V

)으로 당깁니다.

• 6.2 설계 고려 사항전류 설정_F: 필요한 감도와 전력 소비를 기반으로 I_F를 선택하십시오. 더 높은 I_{는 더 높은 I}C(ON)
• 을 제공하지만 전력 소산을 증가시킵니다._{출력 부하 저항 (R})pull-up
• ): 그 값은 스위칭 속도와 출력 전류 용량에 영향을 미칩니다. 더 작은 저항은 더 빠른 상승 시간(더 짧은 RC 시정수)과 더 높은 싱크 전류를 제공하지만 트랜지스터가 켜져 있을 때 더 많은 전력을 소비합니다.주변광 내성
• : 변조된 적외선을 사용하기 때문에 대부분의 주변 가시광에 대한 내성이 좋습니다. 그러나 강한 적외선 광원(예: 햇빛, 백열등)은 오작동을 유발할 수 있습니다. 변조된 LED 구동 신호와 동기화된 검출기 회로를 사용하면 노이즈 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.물체 특성
• : 센서는 적외선 파장에 불투명한 모든 물체를 감지합니다. 물체의 크기, 속도 및 재질은 신호의 무결성에 영향을 미칩니다.정렬

: 신뢰할 수 있는 작동을 위해 차단 물체와 센서 슬롯의 정밀한 기계적 정렬이 필요합니다.

7. 기술 비교 및 차별화_{기계적 마이크로 스위치와 비교하여, LTH-301-23은 우수한 수명(수백만 대 수천 사이클), 더 빠른 응답 및 무소음 작동을 제공합니다. 반사형 광학 센서와 비교하여, 이와 같은 투과형 포토인터럽터는 일반적으로 더 신뢰할 수 있으며, 빔 차단에 의존하기 때문에 목표 물체의 색상이나 반사율 변화에 덜 민감합니다. 포토인터럽터 범주 내에서의 주요 차별화 요소는 패키지 크기, 슬롯 너비, 전기적 감도(I}C(ON)

) 및 빠른 스위칭 속도의 특정 조합으로, 공간이 제한된 고속 애플리케이션에 적합하게 만듭니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: IR LED의 일반적인 작동 전류는 얼마입니까?_FA1: 데이터시트는 대부분의 테스트 조건에 대해 I

= 20 mA를 사용하며, 이는 일반적이고 신뢰할 수 있는 작동점입니다. 전력을 절약하기 위해 더 낮게 구동하거나, 신호 강도를 높이기 위해 짧게 더 높게(절대 한계 내에서) 구동할 수 있습니다.

Q2: 출력을 마이크로컨트롤러와 어떻게 인터페이스합니까?_CCA2: 디지털 출력(빔 있음: 낮음, 차단됨: 높음)은 마이크로컨트롤러의 디지털 입력 핀에 직접 연결할 수 있습니다. 출력 전압 레벨(높음: V_{, 낮음: V}CE(SAT)

)이 MCU의 논리 레벨과 호환되는지 확인하십시오. 일반적으로 풀업 저항이 필요합니다.

Q3: 투명한 물체를 감지할 수 있습니까?

A3: 적외선을 사용하는 표준 포토인터럽터는 적외선 파장에 투명한 물체(예: 일부 플라스틱)를 신뢰할 수 있게 감지하지 못할 수 있습니다. 이러한 애플리케이션의 경우, 다른 파장의 센서나 다른 감지 원리를 가진 센서가 필요할 수 있습니다.

Q4: 상승 시간과 하강 시간의 중요성은 무엇입니까?_rA4: 이 시간들은 최대 스위칭 주파수를 제한합니다. 최대 이론적 주파수는 약 1/(t_f+ t

)입니다. 일반적인 시간이 3μs와 4μs인 경우, 장치는 수십 kHz까지의 주파수를 잘 처리할 수 있어 고속 계수나 인코더 애플리케이션에 적합합니다.

9. 작동 원리

포토인터럽터는 투과형 광전자 장치입니다. 정밀한 간격을 두고 서로 마주보는 적외선 광원(LED)과 광검출기(포토트랜지스터)로 구성되어 있습니다. LED에 전류가 흐르면 적외선을 방출합니다. 이 빛은 간격을 가로질러 포토트랜지스터의 베이스 영역에 도달합니다. 광자는 베이스에서 전자-정공 쌍을 생성하며, 이는 효과적으로 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터를 켜고 콜렉터 전류가 흐르게 합니다. 불투명 물체가 간격에 들어가면 광로를 차단합니다. 광생성 베이스 전류가 중단되어 트랜지스터가 꺼지고, 콜렉터 전류는 매우 낮은 값(암전류)으로 떨어집니다. 출력 전류의 이 온/오프 변화가 스위칭 신호로 사용됩니다.

10. 산업 동향