LTH-872-T55T1 포토인터럽터 데이터시트 - 슬롯형 광학 스위치 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-872-T55T1는 슬롯형 포토인터럽터로, 비접촉식 감지 애플리케이션을 위해 설계된 기본적인 광전자 부품입니다. 이 부품은 적외선 발광 다이오드(LED)와 광트랜지스터를 단일 하우징 내에 통합하여 물리적인 간격 또는 슬롯으로 분리합니다. 핵심 동작 원리는 발광체에서 검출기로 이동하는 적외선 광속의 차단을 포함합니다. 불투명한 물체가 이 슬롯을 통과하면 빛을 차단하여 광트랜지스터의 출력 전류에 상당한 변화를 일으킵니다. 이 변화는 전자적으로 감지되어 신뢰할 수 있는 디지털 스위칭 신호를 제공합니다. 포토인터럽터는 기계적 스위치에 비해 먼지나 표면 오염과 같은 환경 요인에 영향을 받지 않는 높은 신뢰성, 정확성으로 선호됩니다.

핵심 장점:이 장치의 주요 장점은 진정한 비접촉식 스위칭으로, 기계적 마모를 제거하고 긴 작동 수명을 보장합니다. 빠른 응답 시간을 제공하여 고속 이벤트 감지를 가능하게 합니다. 설계는 직접 PCB 장착 또는 듀얼 인라인 소켓 사용에 적합하여 조립에 유연성을 제공합니다. 그 구조는 주변광 간섭에 대한 고유한 보호 기능을 제공합니다.

목표 시장 및 애플리케이션:이 부품은 다양한 사무 자동화 및 소비자 가전 장비에서 널리 사용됩니다. 대표적인 애플리케이션 시나리오로는 팩스기, 프린터, 복사기에서 용지 감지가 있으며, 여기서는 용지의 유무, 용지 걸림 또는 인쇄 헤드 및 캐리지의 위치를 감지합니다. 또한 스캐너, 자판기, 위치 감지를 위한 산업 자동화 및 물리적 접촉 없이 정밀하고 신뢰할 수 있는 물체 감지가 필요한 모든 장치에서 발견됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 LED:
  • 전력 소산 (P_D):75 mW. 이는 주변 온도(T_A) 25°C에서 LED 칩이 열로 소산할 수 있는 최대 전력입니다. 이를 초과하면 열 폭주 및 고장으로 이어질 수 있습니다.
  • 연속 순방향 전류 (I_F):50 mA. LED를 통해 연속적으로 흐를 수 있는 최대 DC 전류입니다.
  • 피크 순방향 전류:1 A (펄스 폭 = 10 µs, 300 pps). 이 정격은 평균 전력 정격을 초과하지 않으면서 더 높은 순간 광 출력으로 LED를 구동하는 데 유용한 짧은 고전류 펄스를 허용합니다.
  • 역방향 전압 (V_R):5 V. LED 양단에 인가될 수 있는 최대 역바이어스 전압입니다. 이를 초과하면 접합 파괴를 일으킬 수 있습니다.
• 출력 광트랜지스터:
  • 전력 소산 (P_D):100 mW.
  • 컬렉터-이미터 전압 (V_CEO):30 V. 베이스(광 입력)가 개방 상태일 때 컬렉터와 이미터 사이에 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
  • 컬렉터 전류 (I_C):20 mA. 컬렉터-이미터 경로를 통해 흐를 수 있는 최대 전류입니다.
• 열적 한계:
  • 동작 온도 범위:-25°C ~ +85°C. 장치가 정상적으로 동작하도록 규정된 주변 온도 범위입니다.
  • 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C.
  • 리드 솔더링 온도:케이스 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 260°C, 5초. 이는 플라스틱 패키지 및 내부 와이어 본드 손상을 방지하기 위한 리플로우 솔더링 프로파일 제약을 정의합니다.

2.2 전기 및 광학 특성

이 파라미터들은 표준 테스트 조건(T_A=25°C)에서 측정되며 장치의 대표적인 성능을 정의합니다.

• 입력 LED 특성:
  • 순방향 전압 (V_F):일반적으로 1.2V, I_F= 20 mA에서 최대 1.6V. 이 파라미터는 LED 구동 회로의 전류 제한 저항 설계에 중요합니다. 일반적인 설계는 I_F=20mA를 목표로 하며, 계산에는 V_F~1.2V를 사용합니다.
  • 역방향 전류 (I_R):V_R= 5V에서 최대 100 µA. 이는 역바이어스 하에서 LED의 PN 접합 품질을 나타냅니다.
• 출력 광트랜지스터 특성:
  • 컬렉터-이미터 항복 전압 (V_(BR)CEO):I_C=1mA에서 최소 30V. 이는 일반적인 5V 또는 12V 논리 회로에 대한 충분한 안전 마진을 보장합니다.
  • 컬렉터-이미터 암전류 (I_CEO):V_CE=10V에서 최대 100 nA. 이는 LED가 꺼져 있을 때(빛 없음)의 누설 전류입니다. 낮은 값은 특히 고이득 회로에서 명확한 "OFF" 상태에 필수적입니다.
• 커플러 (시스템) 특성:
  • 온-상태 컬렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE= 5V 및 I_F= 20 mA일 때 최소 0.5 mA. 이는 핵심 감도 파라미터입니다. 슬롯이 차단되지 않았을 때의 최소 출력 전류를 정의합니다. 설계자는 부하 저항(R_L)이 이 전류가 사용 가능한 전압 스윙을 생성하도록 선택해야 합니다.
  • 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)):I_C= 0.25mA 및 I_F= 20mA에서 최대 0.4V. 이 낮은 포화 전압은 광트랜지스터가 포화(완전히 ON) 상태로 구동될 때 좋은 성능을 나타내며, 라인을 접지에 매우 가깝게 끌어당길 수 있게 합니다.
  • 응답 시간:
    • 상승 시간 (T_r):일반적으로 3 µs, 최대 15 µs.
    • 하강 시간 (T_f):일반적으로 4 µs, 최대 20 µs.
    V_CC=5V, I_C=2mA, R_L=100Ω 조건에서 측정됨. 이 시간들은 최대 스위칭 주파수를 제한합니다. 비대칭 시간은 광트랜지스터에서 흔합니다. 보수적인 설계를 위해 최대 주파수를 1/(T_r+T_f) ~ 1/40µs = 25 kHz로 가정합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 대표적인 성능 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만, 표준 해석은 다음과 같습니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압 (I_F-V_F):이 곡선은 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 온도와 전류에 따른 V_F 변화를 이해하는 데 도움이 됩니다.
• 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE):주어진 LED 전류(I_F)에 대해, 이 그래프는 바이폴라 트랜지스터의 출력 곡선과 유사한 광트랜지스터의 출력 특성을 보여줍니다. 활성 영역에서 포화 영역으로의 전환을 설명합니다.
• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류:CTR는 비율 I_C/ I_F(종종 백분율로 표현됨)입니다. 이는 커플러의 중요한 효율 파라미터입니다. 곡선은 일반적으로 특정 I_F에서 CTR이 정점을 이루고, 더 높은 전류에서는 가열 또는 기타 효과로 인해 감소하는 것을 보여줍니다.
• 온도 특성:I_C(ON), V_F, CTR과 같은 파라미터들이 동작 온도 범위(-25°C ~ +85°C)에서 어떻게 변하는지 보여주는 곡선들입니다. 광트랜지스터 이득은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소하며, 이는 온도에 걸쳐 안정적인 성능이 필요한 설계에서 고려되어야 합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 외형 치수

이 장치는 슬롯이 있는 성형 플라스틱 본체를 가진 표준 스루홀 패키지를 특징으로 합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보:

• 모든 치수는 밀리미터(mm)로 제공됩니다.
• 지정되지 않은 치수에 대한 기본 공차는 ±0.25 mm입니다.
• 특정 슬롯 너비, 본체 높이 및 리드 간격은 치수 도면에 정의되어 있습니다(본문에 완전히 상세히 설명되지 않음). 이 정보는 감지할 물체가 슬롯을 통과하도록 하고 PCB 풋프린트 설계를 위한 기계적 통합에 중요합니다.

4.2 극성 식별 및 핀아웃

정상적인 동작을 위해 올바른 핀 식별이 필수적입니다. 패키지는 슬롯형 포토인터럽터에 대한 표준 핀 배열을 사용합니다: 적외선 LED용 핀 한 쌍(애노드 및 캐소드)과 광트랜지스터용 핀 한 쌍(컬렉터 및 이미터). 데이터시트 도면은 핀 번호를 지정합니다. 일반적으로 장치를 위에서(슬롯 측) 볼 때 핀은 반시계 방향으로 번호가 매겨집니다. 설계자는 애노드, 캐소드, 컬렉터, 이미터를 올바르게 연결하기 위해 도면을 참조해야 합니다.

5. 솔더링 및 조립 가이드라인

제조 공정 중 손상을 방지하기 위해 이 가이드라인을 준수해야 합니다.

• 리플로우 솔더링:절대 최대 정격은 케이스 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 260°C, 5초 동안 리드 솔더링을 지정합니다. 이는 표준 리드 리플로우 프로파일로 해석됩니다. 플라스틱 패키지는 열용량이 제한적이므로 균열 또는 내부 손상을 방지하기 위해 고온에 장시간 노출되는 것을 피해야 합니다.
• 핸드 솔더링:핸드 솔더링이 필요한 경우, 온도 조절 납땜 인두를 사용하십시오. 플라스틱 본체가 아닌 리드/핀에 열을 가하고, 핀당 3-5초 이내에 접합을 완료하십시오.
• 세척:장치의 플라스틱 재질과 호환되는 세척 용매를 사용하여 응력 균열 또는 열화를 피하십시오.
• 보관 조건:지정된 보관 온도 범위(-55°C ~ +100°C) 내의 환경에서 낮은 습도로 보관하십시오. 습기에 민감한 장치는 사용할 때까지 밀봉된 건조 포장에 보관해야 합니다.

6. 애플리케이션 설계 고려사항

6.1 대표적인 애플리케이션 회로

표준 인터페이스 회로는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다:

1. LED 구동기:전류 제한 저항(R_LIMIT)이 LED와 직렬로 연결됩니다. 그 값은 R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F로 계산됩니다. 5V 공급 전압, V_F=1.2V, I_F=20mA의 경우, R_LIMIT= (5 - 1.2) / 0.02 = 190Ω입니다. 180Ω 또는 200Ω 저항이 적합합니다.
2. 광트랜지스터 출력:광트랜지스터는 일반적으로 공통 이미터 스위치로 연결됩니다. 풀업 저항(R_L)이 컬렉터와 양극 공급 전압(V_CC) 사이에 연결됩니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 빛이 트랜지스터에 떨어질 때(차단되지 않은 슬롯), 트랜지스터는 켜져 컬렉터 전압을 낮게(거의 V_CE(SAT) 근처로) 끌어당깁니다. 빛이 차단되면 트랜지스터는 꺼지고, 컬렉터 전압은 R_L에 의해 높게 끌어올려집니다. R_L의 값은 출력 전압 스윙과 속도를 결정합니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 응답을 제공하지만 더 많은 전류를 소모합니다. R_L=100Ω의 테스트 조건을 시작점으로 사용하는 것이 일반적입니다.

6.2 설계 과제 및 해결책

• 주변광 내성:슬롯 설계가 일부 보호 기능을 제공하지만, 강한 주변광(특히 적외선)은 광트랜지스터에 영향을 줄 수 있습니다. 변조된 LED 구동 신호와 수신기 회로에서의 동기 검출을 사용하면 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또는 슬롯이 차폐되도록 하는 것이 도움이 될 수 있습니다.
• 온도 보상:광트랜지스터 이득이 온도에 따라 감소함에 따라 I_C(ON)은 떨어질 것입니다. 중요한 애플리케이션의 경우, 최고 동작 온도에서 충분한 마진을 갖도록 회로를 설계하거나, 단순한 풀업 저항 인터페이스 대신 조정 가능한 임계값을 가진 비교기를 사용하십시오.
• 물체 특성:광속을 차단하는 물체는 방출된 적외선 파장(~940nm)에 대해 불투명해야 합니다. 얇거나 반투명한 재질은 신뢰성 있게 감지되지 않을 수 있습니다. 물체의 크기는 슬롯 내에서 광속을 완전히 차단할 수 있을 만큼 충분해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

다른 감지 기술과 비교:

• 기계적 마이크로 스위치 대비:포토인터럽터는 우수한 신뢰성(마모될 움직이는 부품 없음), 더 빠른 응답 및 무소음 동작을 제공합니다. 접점 바운스의 영향을 받지 않습니다.
• 반사형 광학 센서 대비:슬롯형은 일반적으로 에지 감지 또는 정밀 위치 감지에 더 신뢰할 수 있습니다. 대상 물체의 반사율 또는 색상 변화에 덜 민감하기 때문입니다. 광속은 완전히 차단되거나 차단되지 않습니다.
• 홀 효과 센서 대비:홀 센서는 빛 차단이 아닌 자기장을 감지합니다. 다른 물리적 현상(예: 자석 감지)에 사용됩니다. 포토인터럽터는 불투명한 물체를 감지하기 위한 것입니다.
• 포토인터럽터 내에서:LTH-872-T55T1의 특정 차별화 요소는 전기적 정격(예: V_CEO=30V, I_C(ON) 최소=0.5mA), 패키지 치수 및 대량 사무 자동화 애플리케이션에 대한 비용 효율성의 조합에 있습니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

• Q: LED의 일반적인 동작 전류는 얼마입니까?A: 표준 테스트 조건이자 일반적인 동작 지점은 I_F= 20 mA입니다. 이는 광 출력, 전력 소비 및 수명 사이의 좋은 균형을 제공합니다.
• Q: 마이크로컨트롤러 핀에서 LED를 직접 구동할 수 있습니까?A: 대부분의 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 20mA를 연속적으로 공급하거나 흡수할 수 없습니다. 필요한 전류를 제공하기 위해 간단한 트랜지스터 또는 MOSFET 구동 회로, 또는 전용 LED 구동기 IC를 사용하는 것이 좋습니다.
• Q: 출력을 디지털 입력에 어떻게 연결합니까?A: 광트랜지스터 컬렉터(풀업 저항 포함)는 표준 CMOS 또는 TTL 논리 입력에 직접 연결할 수 있습니다. 슬롯이 비어 있으면 입력은 LOW로 읽힙니다. 차단되면 HIGH로 읽힙니다. 풀업 전압이 논리 계열과 호환되는지 확인하십시오(예: 5V 논리는 5V, 3.3V 논리는 3.3V).
• Q: 차단되었을 때 출력이 공급 레일까지 완전히 스위칭되지 않는 이유는 무엇입니까?A: 이는 암전류(I_CEO)가 풀업 저항을 통해 흐르기 때문일 가능성이 높습니다. 매우 큰 풀업 저항(예: 100kΩ)을 사용하면 100nA의 누설 전류라도 상당한 전압 강하를 일으킬 수 있습니다. 전류 소모와 속도의 균형을 맞추면서 확실한 HIGH 레벨을 보장하기 위해 더 작은 풀업 저항(예: 1kΩ ~ 10kΩ)을 사용하십시오.
• Q: 권장되는 PCB 레이아웃 방법은 무엇입니까?A: 노이즈 결합을 최소화하기 위해 LED 구동 트레이스와 광트랜지스터 출력 트레이스를 분리하십시오. 전류 제한 및 풀업 저항을 장치 가까이에 배치하십시오. PCB의 슬롯 영역이 적외선 광로를 방해할 수 있는 솔더 마스크 또는 부품이 없도록 하십시오.

9. 동작 원리

포토인터럽터는 물리적 물체에 의해 차단되는 직접 광학 커플링 원리로 동작합니다. 적외선 LED는 일반적으로 약 940 nm 파장의 빛을 방출하며, 이는 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 바로 맞은편에는 실리콘 광트랜지스터가 이 파장에 민감합니다. 차단되지 않은 상태에서 적외선 빛은 광트랜지스터의 베이스 영역에 충격을 가하여 전자-정공 쌍을 생성합니다. 이 광전류는 베이스 전류 역할을 하여 트랜지스터를 켜고 훨씬 더 큰 컬렉터 전류(I_C(ON))를 전도하게 합니다. 불투명한 물체가 슬롯에 들어가면 광로를 완전히 차단합니다. 광전류가 멈추고, 유효 베이스 전류가 0으로 떨어지며, 광트랜지스터는 꺼져서 작은 누설 전류(I_CEO)만 흐르게 합니다. ON과 OFF 상태 사이의 이 극명한 대비는 물체의 유무를 나타내는 깨끗하고 신뢰할 수 있는 디지털 신호를 제공합니다.

10. 산업 동향

포토인터럽터는 단순성, 견고성 및 저비용으로 인해 성숙하고 널리 사용되는 기술로 남아 있습니다. 산업의 현재 동향은 몇 가지 영역에 초점을 맞추고 있습니다:

• 소형화:점점 더 컴팩트해지는 소비자 가전 및 모바일 장치에 맞추기 위해 더 작은 패키지 크기(예: 매우 좁은 슬롯을 가진 표면 실장 장치)의 개발.
• 향상된 성능:더 빠른 기계를 위한 더 높은 속도, 배터리 구동 장치를 위한 더 낮은 전력 소비, 더 나은 온도 안정성과 같은 파라미터 개선.
• 통합:패키지 내에 히스테리시스를 위한 슈미트 트리거, 약한 신호를 위한 증폭기 또는 심지어 디지털 인터페이스(I2C)와 같은 추가 회로를 통합하여 시스템 설계를 단순화하는 "스마트 센서"를 생성.
• 재료 발전:고급 플라스틱 및 렌즈 설계를 사용하여 빛의 평행화를 개선하고 커플링 효율을 높이며 고온 및 고습과 같은 환경 요인에 대한 저항성을 향상시킵니다.

비행 시간(ToF) 센서나 비전 시스템과 같은 새로운 기술의 등장에도 불구하고, 기본 슬롯형 포토인터럽터는 무수히 많은 단순하고 신뢰할 수 있으며 비용에 민감한 존재 감지 애플리케이션에 대한 최적의 솔루션으로 계속되고 있습니다.