포토인터럽터 LTH-872-N55H 데이터시트 - 슬롯 타입 - 치수 4.0mm - 전압 5V - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-872-N55H는 슬롯 타입 포토인터럽터로, 비접촉식 감지 및 스위칭 애플리케이션에 사용되는 기본적인 광전자 부품입니다. 이 장치는 적외선 발광 다이오드(LED)와 광트랜지스터를 단일 하우징 내에 통합하여 물리적인 간격 또는 슬롯으로 분리합니다. 작동의 핵심 원리는 간단합니다: 물체가 이 슬롯을 통과하면, 발광기에서 검출기로 이동하는 적외선 빔을 차단하여 광트랜지스터의 출력 상태에 상응하는 변화를 일으킵니다. 이 간단하면서도 신뢰할 수 있는 메커니즘은 물리적 접촉 없이 물체의 존재, 부재, 위치 또는 속도를 감지하는 이상적인 솔루션으로 만들어 줍니다.

이 장치는 직접 PCB(인쇄 회로 기판) 장착 또는 표준 듀얼 인라인 소켓에 삽입하도록 설계되어 조립 및 프로토타이핑에 유연성을 제공합니다. 주요 장점으로는 마모될 수 있는 기계적 접점이 없어 높은 신뢰성, 빠른 스위칭 속도, 긴 작동 수명을 포함합니다. 일반적인 애플리케이션은 정밀한 물체 감지가 필요한 프린터, 복사기, 스캐너, 팩스 기기 및 다양한 자동화 시스템을 포함하되 이에 국한되지 않는 광범위한 사무 자동화 및 산업 장비에 걸쳐 있습니다.

1.1 핵심 특징

• 비접촉식 스위칭:기계적 마모를 제거하여 높은 신뢰성과 긴 작동 수명을 보장합니다.
• 다양한 장착 방식:직접 PCB 납땜 또는 표준 듀얼 인라인 소켓과 호환되어 다양한 회로 설계에 쉽게 통합할 수 있습니다.
• 빠른 응답 시간:고속 이벤트 감지를 가능하게 하여, 프린터의 용지 공급 감지 또는 로터리 인코더 시스템과 같이 빠른 감지가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

2. 기술 파라미터: 심층적 객관적 해석

데이터시트는 장치의 작동 한계와 표준 조건에서의 성능을 정의하는 중요한 파라미터를 제공합니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 장기적 신뢰성 보장에 필수적입니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 초과 시 장치에 영구적 손상을 일으킬 수 있는 스트레스 한계를 지정합니다. 이는 정상 작동 조건이 아닙니다.

• 입력 LED:
  • 전력 소산 (P_D):최대 75 mW. 이는 LED가 열로 안전하게 소산할 수 있는 총 전력입니다.
  • 연속 순방향 전류 (I_F):최대 50 mA. LED는 이 값을 초과하는 연속 전류로 구동되어서는 안 됩니다.
  • 역방향 전압 (V_R):최대 5 V. 이보다 높은 역방향 전압을 가하면 LED 접합이 항복될 수 있습니다.
• 출력 광트랜지스터:
  • 전력 소산 (P_D):광트랜지스터의 최대 100 mW.
  • 컬렉터-이미터 전압 (V_CEO):최대 30 V. 이는 베이스(광 입력)가 개방되었을 때 컬렉터와 이미터 사이에 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
  • 이미터-컬렉터 전압 (V_ECO):최대 5 V. 이는 컬렉터-이미터 접합의 역방향 전압 정격입니다.
  • 컬렉터 전류 (I_C):최대 20 mA. 광트랜지스터를 통과하는 부하 전류는 이 한계 아래로 유지되어야 합니다.
• 환경:
  • 작동 온도 범위 (T_A):-25°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 사양에 맞게 작동함이 보장됩니다.
  • 보관 온도 범위 (T_stg):-40°C ~ +100°C.
  • 리드 납땜 온도:최대 5초 동안 260°C, 리드 폼 케이스 1.6mm(0.063인치) 기준으로 지정됩니다. 이는 리플로우 또는 웨이브 납땜 공정에 중요합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 주변 온도(T_A) 25°C의 일반적인 작동 조건에서 장치의 성능을 정의합니다.

• 입력 LED 특성:
  • 순방향 전압 (V_F):일반적으로 1.2V, 순방향 전류(I_F) 20 mA에서 최대 1.6V. 이 파라미터는 LED 구동 회로의 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 사용됩니다: R = (V_CC- V_F) / I_F.
  • 역방향 전류 (I_R):역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 100 µA. 이는 LED가 역방향 바이어스되었을 때의 누설 전류를 나타냅니다.
• 출력 광트랜지스터 특성:
  • 컬렉터-이미터 암전류 (I_CEO):V_CE= 10V에서 최대 100 nA. 이는 LED가 꺼져 있을 때(광트랜지스터에 입사광 없음)의 누설 전류입니다. 낮은 암전류는 좋은 신호 대 잡음비, 특히 저조도 또는 고이득 애플리케이션에 바람직합니다.
• 커플러(시스템) 특성:
  • 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):광트랜지스터가 완전히 켜졌을 때(I_C= 0.25 mA, I_F= 20 mA) 최대 0.4V. 출력이 논리 입력 또는 기타 저전압 회로를 구동하는 데 사용될 때 낮은 포화 전압은 논리적 \"LOW\" 레벨을 정의하므로 중요합니다.
  • 온 상태 컬렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE= 5V 및 I_F= 20 mA에서 최소 2.0 mA. 이는 LED가 일반 전류로 구동되고 빔이 차단되지 않았을 때 보장되는 최소 출력 전류입니다. 이 파라미터는 비율 I_C/I_F로 표현될 때 종종 \"전류 전달율\"(CTR)이라고 불리며, 커플러의 감도를 정의합니다. 여기서 최소 CTR은 (2.0 mA / 20 mA) = 0.1 또는 10%입니다.
  • 응답 시간:
    • 상승 시간 (T_r):일반 3 µs, 최대 15 µs. 이는 입력 LED가 켜질 때 출력이 최종 값의 10%에서 90%로 전환되는 시간입니다.
    • 하강 시간 (T_f):일반 4 µs, 최대 20 µs. 이는 입력 LED가 꺼질 때 출력이 최종 값의 90%에서 10%로 전환되는 시간입니다. 이러한 빠른 스위칭 속도는 빠르게 움직이는 물체의 감지를 가능하게 합니다.

3. 기계적 및 패키지 정보

LTH-872-N55H는 PCB 통합을 쉽게 하도록 설계된 표준 스루홀 패키지를 특징으로 합니다.

3.1 외형 치수

데이터시트는 상세한 기계 도면을 제공합니다. 주요 치수에는 감지 가능한 물체의 크기를 정의하는 전체 슬롯 너비와 PCB 레이아웃을 위한 핀 간격이 포함됩니다. 모든 치수는 별도로 명시되지 않는 한 표준 공차 ±0.25 mm로 밀리미터(mm) 단위로 지정됩니다. 도면은 일반적으로 평면도, 측면도 및 핀 식별(발광기 애노드, 발광기 캐소드, 컬렉터, 이미터)을 보여줍니다.

3.2 극성 식별 및 핀아웃

올바른 극성은 장치 작동에 필수적입니다. 패키지에는 핀 1을 식별하기 위한 표시 또는 특정 핀 모양(종종 편평한 면 또는 노치)이 있습니다. 4핀 포토인터럽터의 표준 핀아웃은 다음과 같습니다: 핀 1 - IR LED 애노드, 핀 2 - IR LED 캐소드, 핀 3 - 광트랜지스터 이미터, 핀 4 - 광트랜지스터 컬렉터. PCB 풋프린트를 설계하기 전에 항상 데이터시트 다이어그램을 참조하여 LTH-872-N55H의 정확한 핀 할당을 확인하십시오.

4. 납땜 및 조립 지침

4.1 납땜 공정

이 장치는 리드 납땜 온도 최대 260°C, 5초 동안 견딜 수 있도록 정격화되었습니다. 이 사양은 웨이브 납땜 또는 리플로우 공정에 중요합니다. 이 온도나 시간을 초과하면 내부 반도체 접합이나 플라스틱 하우징이 손상될 수 있습니다. 스루홀 부품 납땜을 위한 표준 IPC 지침을 따르는 것이 좋습니다.

4.2 취급 및 보관

제공된 발췌문에 명시적으로 상세히 설명되지는 않았지만, 일반적인 모범 사례가 적용됩니다: 지정된 보관 온도 범위(-40°C ~ +100°C) 내에서 건조하고 정전기 방지 환경에 부품을 보관하십시오. 납땜 전에 장치를 과도한 습기에 노출시키지 않아 리플로우 중 \"팝콘 현상\"을 방지하십시오. (이는 표면 실장 장치에 더 중요합니다.)

5. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

5.1 일반적인 애플리케이션 회로

가장 일반적인 구성은 포토인터럽터를 디지털 스위치로 사용하는 것입니다. 간단한 회로는 다음과 같습니다:
1. LED 구동기:전류 제한 저항을 적외선 LED와 직렬로 연결하여 전압원(예: 5V)에 연결합니다. 원하는 I_F(예: 20 mA)를 달성하도록 저항 값을 설정합니다. 예: R_limit= (5V - 1.2V) / 0.02A = 190Ω (표준 200Ω 저항 사용).
2. 광트랜지스터 출력:풀업 저항(R_L)을 광트랜지스터의 컬렉터에서 전압원(예: 5V)으로 연결합니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 광 경로가 맑을 때, 광트랜지스터는 도통하여 컬렉터 전압(출력)을 낮은 상태로 끌어내립니다. 빔이 차단되면, 광트랜지스터는 꺼지고, 풀업 저항이 출력을 높은 상태로 끌어올립니다. R_L의 값은 스위칭 속도와 전류 소비에 영향을 미칩니다; 낮은 값은 더 빠른 속도를 제공하지만 더 높은 전력 소산을 초래합니다. 데이터시트의 테스트 조건은 R_L= 100Ω을 사용합니다.

5.2 설계 고려사항

• 주변광 내성:장치가 적외선을 사용하기 때문에 가시 주변광에 다소 내성이 있습니다. 그러나 강한 적외선원(햇빛, 일부 램프)은 간섭을 일으킬 수 있습니다. 변조된 LED 신호와 상응하는 복조 회로를 사용하면 노이즈 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 정렬:발광기와 검출기는 슬롯을 가로질러 정밀하게 정렬되어야 합니다. 기계적 하우징이 이 정렬을 보장하지만, PCB 설계는 부품을 올바르게 배치해야 합니다.
• 물체 특성:빔을 차단하는 물체는 적외선에 불투명해야 합니다. 투명하거나 반사율이 높은 재질은 안정적으로 감지되지 않을 수 있습니다.
• 디바운싱:기계적 시스템(예: 초퍼 휠 감지)에서 물체가 슬롯에 들어가거나 나올 때 출력 신호가 채터링할 수 있습니다. 깨끗한 디지털 신호를 위해 소프트웨어 또는 하드웨어 디바운싱 기술을 사용해야 합니다.

6. 성능 곡선 분석

데이터시트는 \"일반적인 전기/광학적 특성 곡선\"을 언급합니다. 특정 곡선은 발췌문에 제공되지 않았지만, 이러한 장치에 대한 일반적인 그래프는 다음과 같습니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압 (I_F-V_F):IR LED의 비선형 관계를 보여주며, 구동기 설계에 중요합니다.
• 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE):입사광 강도(또는 I_F)를 파라미터로 하는 곡선군으로, 트랜지스터의 출력 특성과 유사합니다.
• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류 (I_F):감도가 LED 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다.
• 전류 전달율 (CTR) 대 주변 온도:CTR이 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소함을 보여주는 중요한 곡선입니다. 설계자는 최고 작동 온도에서 필요한 최소 I_C(ON).
• 응답 시간 대 부하 저항 (R_L):스위칭 속도와 전력 소비 사이의 트레이드오프를 설명합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

기계적 마이크로 스위치와 비교하여, LTH-872-N55H는 비접촉식 작동으로 인해 우수한 수명 기대치와 신뢰성을 제공합니다. 접점 바운스에 영향을 받지 않습니다. 반사식 센서와 비교하여, 슬롯 타입 포토인터럽터는 대상 물체의 색상, 질감 또는 반사율에 덜 민감하기 때문에 더 정밀하고 일관된 감지를 제공합니다; 단순히 빔의 물리적 차단을 감지합니다. 포토인터럽터 자체 간의 주요 차별화 요소는 종종 슬롯 치수, 감도(CTR), 응답 속도 및 패키지 유형(스루홀 대 표면 실장)입니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: LED를 50 mA 이상으로 구동하면 어떻게 되나요?
A: 연속 순방향 전류에 대한 절대 최대 정격을 초과하면 과도한 발열을 일으켜 LED의 광 출력 저하를 가속화하거나 파괴적 고장을 초래할 수 있습니다. 항상 전류 제한 저항을 사용하십시오.

Q: 출력 신호에 노이즈가 있습니다. 원인은 무엇일까요?
A: 잠재적 원인으로는 전원 라인의 전기적 노이즈, 주변광(특히 50/60 Hz에서 작동하는 형광등)의 간섭, 또는 너무 높아 노드를 고임피던스 상태로 만들어 노이즈에 취약하게 만드는 부하 저항 값이 있습니다. 안정적인 전원을 확보하고, 차폐를 고려하며, 더 낮은 풀업 저항을 사용하거나 신호 변조/복조를 구현하십시오.

Q: 실온에서는 작동하지만 시스템이 가열되면 고장납니다. 왜 그렇죠?
A: 광트랜지스터의 감도(CTR)는 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 25°C에서 최소 마진으로 작동하고 있을 수 있습니다. 최소 I_C(ON)사양을 사용하여 설계를 재평가하고 일반적인 CTR 대 온도 곡선을 고려하십시오. LED 구동 전류를 (한도 내에서) 증가시키거나 고온에서 더 높은 보장 CTR을 가진 광트랜지스터를 사용해야 할 수 있습니다.

Q: 이 장치로 투명한 물체를 감지할 수 있나요?
A: 일반적으로는 아닙니다. 표준 적외선 포토인터럽터는 물체가 방출된 적외선 파장(일반적으로 약 940 nm)에 불투명해야 합니다. 투명한 플라스틱이나 유리는 충분한 적외선을 통과시켜 안정적인 감지를 방해할 수 있습니다. 투명한 재질에는 다른 파장 또는 감지 원리를 가진 특수 센서가 필요합니다.

9. 실제 사용 사례 예시

애플리케이션:데스크톱 프린터의 용지 걸림 감지.
구현:LTH-872-N55H는 용지 경로를 따라 장착되어 용지가 슬롯을 통과하도록 합니다. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀이 전류 제한 저항을 통해 LED를 구동합니다. 내부 풀업 저항이 구성된 다른 GPIO 핀은 광트랜지스터 컬렉터의 상태를 읽습니다. 정상 작동 중에는 용지가 빔을 차단하고 출력은 하나의 논리 상태(예: HIGH)에 있습니다. 용지 걸림이 발생하면, 용지가 걸린 상태로 남아(빔 차단 유지) 또는 센서에 도달하지 못해(빔이 끊어지지 않음) 출력이 너무 오랫동안 예상치 못한 상태에 머무르게 됩니다. 마이크로컨트롤러 펌웨어는 이 신호를 모니터링하고 예상 타이밍 시퀀스가 위반되면 \"용지 걸림\" 오류 메시지를 트리거합니다. 센서의 빠른 응답 시간은 정밀한 용지 공급 모니터링을 위해 용지 사이의 작은 간격도 감지할 수 있도록 보장합니다.

10. 작동 원리 소개

포토인터럽터는 광전자 변환 및 차단 원리로 작동합니다. 내부적으로 두 개의 개별 부품을 정렬하여 수용합니다: 적외선 발광 다이오드(IR LED)와 실리콘 광트랜지스터입니다. IR LED는 광원 역할을 합니다. 외부 전류에 의해 순방향 바이어스되면 보이지 않는 적외선 광자를 방출합니다. 광트랜지스터는 광 검출기 역할을 합니다. 그 베이스 영역은 빛에 민감합니다. LED에서 나온 광자가 베이스를 때리면 전자-정공 쌍을 생성하여 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터를 켜고 훨씬 더 큰 컬렉터 전류가 흐르도록 합니다. 이 컬렉터 전류는 입사광의 강도에 비례합니다. 슬롯은 이 두 요소를 물리적으로 분리합니다. 슬롯에 놓인 물체는 광 경로를 차단하여 광트랜지스터에 입사하는 빛을 급격히 줄여서 꺼지게(또는 전류를 감소시킵니다) 합니다. 이 출력 전류/전압의 변화는 외부 회로에 의해 감지되어 \"차단\"으로 등록됩니다.

11. 산업 동향 및 발전

포토인터럽터를 포함한 광전자 센서의 동향은 더 작고 밀집된 PCB 설계를 수용하기 위한 소형화, 더 높은 통합도 및 표면 실장 기술(SMT) 패키지 쪽으로 나아가고 있습니다. 또한 내장된 신호 조정 기능을 갖춘 디지털 출력 센서로의 이동도 있으며, 이는 깨끗하고 완충된 논리 레벨 출력을 제공하여 마이크로컨트롤러와의 인터페이스를 단순화합니다. 일부 고급 버전은 히스테리시스를 위한 슈미트 트리거를 통합하여 노이즈 내성을 향상시킵니다. 더 나아가, 자동화에서 더 높은 정밀도와 속도에 대한 수요는 더 좁은 슬롯, 더 빠른 응답 시간 및 향상된 온도 안정성을 가진 장치의 개발을 주도합니다. LTH-872-N55H로 대표되는 기본적인 슬롯 타입 포토인터럽터는 그 단순성과 견고함이 주요 장점인 방대한 표준 감지 애플리케이션을 위한 비용 효율적이고 매우 신뢰할 수 있는 솔루션으로 남아 있습니다.