포토인터럽터 LTH-872-N55T1 데이터시트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTH-872-N55T1은 반사형 포토인터럽터로, 적외선 발광 다이오드(LED)와 포토트랜지스터를 하나의 컴팩트한 패키지에 통합한 광전자 소자의 일종입니다. 이 소자의 주요 기능은 물체의 존재 여부를 물리적 접촉 없이 감지하는 것으로, 물체에서 반사되어 센서로 돌아오는 광선의 차단을 감지합니다. 이 장치는 신뢰할 수 있고 빠르며 비침습적인 물체 감지 또는 위치 감지가 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.

1.1 핵심 장점

이 포토인터럽터의 주요 장점은 그 기본 동작 원리와 설계에서 비롯됩니다.비접촉 스위칭은 기계적 마모를 제거하여 기계식 스위치에 비해 작동 수명과 신뢰성을 크게 향상시킵니다. 이는 고주기 애플리케이션에서 매우 중요합니다. 또한,고속 스위칭 속도를 제공하며, 일반적인 상승 및 하강 시간이 마이크로초 범위에 있어 빠르게 움직이는 물체나 고주파 이벤트를 감지할 수 있습니다. 통합 패키지는 발광부와 수광부 사이의 정밀한 정렬을 보장하여 조립을 단순화하고 일관성을 향상시킵니다.

1.2 목표 시장 및 애플리케이션

이 부품의 주요 목표 시장은 사무 자동화 및 정밀 계측 분야입니다. 문서화된 주요 애플리케이션은스캐너와 프린터내부입니다. 이러한 장치에서 포토인터럽터는 일반적으로 용지 존재 감지(예: 용지 선단 감지), 용지 걸림 감지, 캐리지 또는 프린트 헤드 위치 감지, 이동 기구의 홈 위치 감지와 같은 기능에 사용됩니다. 고속 응답 시간은 현대적인 스캐닝 및 프린팅 장비의 높은 처리량을 유지하는 데 필수적입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

전기 및 광학 특성을 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 장치의 지정된 한계 내에서 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 데 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 스트레스 한계를 정의합니다. 정상 작동을 위한 것이 아닙니다.

• 입력 LED:
  • 소비 전력 (P_D): 최대 75 mW.
  • 연속 순방향 전류 (I_F): 최대 50 mA. 이는 LED를 통해 흐를 수 있는 절대 최대 전류입니다.
  • 역방향 전압 (V_R): 최대 5 V. 이를 초과하면 LED 접합이 파괴될 수 있습니다.
• 출력 포토트랜지스터:
  • 소비 전력 (P_C): 최대 100 mW.
  • 콜렉터-이미터 전압 (V_CEO): 최대 30 V. 이는 베이스가 개방된 상태(어두운 조건)에서 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터 양단에 인가될 수 있는 최대 전압입니다.
  • 이미터-콜렉터 전압 (V_ECO): 최대 5 V (역방향 전압 정격).
  • 콜렉터 전류 (I_C): 최대 20 mA.
• 환경:
  • 동작 온도 (T_opr): -25°C ~ +85°C.
  • 보관 온도 (T_stg): -55°C ~ +100°C.
  • 리드 납땜 온도 (T_sol): 최대 5초 동안 260°C (케이스에서 1.6mm 떨어진 리드 기준).

2.2 전기 및 광학 특성

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

• 입력 LED 특성:
  • 순방향 전압 (V_F): 순방향 전류 (I_F) 20 mA에서 일반적으로 1.2V ~ 1.6V. 이는 LED가 점등될 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다.
  • 역방향 전류 (I_R): 역방향 전압 (V_R) 5V에서 최대 100 µA. 이는 LED가 역방향 바이어스될 때의 작은 누설 전류입니다.
• 출력 포토트랜지스터 특성:
  • 콜렉터-이미터 암전류 (I_CEO): V_CE=10V에서 최대 100 nA. 이는 포토트랜지스터가 완전한 어둠 속에 있을 때(LED의 빛이 없을 때)의 누설 전류입니다. 좋은 신호 대 잡음비를 위해 낮은 값이 바람직합니다.
  • 콜렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(SAT)): I_C=0.25mA 및 I_F=20mA에서 최대 0.4V. 이는 트랜지스터가 완전히 "켜진"(포화) 상태일 때 트랜지스터 양단의 전압입니다. 낮은 포화 전압은 스위칭 소자에서의 전력 손실을 최소화합니다.
  • 온 상태 콜렉터 전류 (I_C(ON)): V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 최소 0.5 mA. 이는 LED가 구동되고 물체가 광선을 차단하지 않을 때(반사 모드 가정)의 최소 출력 전류를 지정합니다.
• 커플러 (시스템) 응답 시간:
  • 상승 시간 (T_R): 3 µs (일반) ~ 15 µs (최대). 이는 LED가 켜질 때 포토트랜지스터의 출력이 최종 값의 10%에서 90%까지 상승하는 데 걸리는 시간입니다.
  • 하강 시간 (T_F): 4 µs (일반) ~ 20 µs (최대). 이는 LED가 꺼질 때 출력이 90%에서 10%까지 하강하는 데 걸리는 시간입니다. 이 빠른 시간은 명시된 "고속 스위칭 속도" 기능에 매우 중요합니다.
  • 테스트 조건: V_CE=5V, I_C=2mA, R_L=100 Ω.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기/광학 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프가 본문에 제공되지는 않았지만, 그 목적은 다양한 조건에서 주요 파라미터 간의 관계를 설명하는 것으로, 견고한 설계에 필수적입니다.

3.1 추정 곡선 정보

이러한 부품에 대한 표준 관행에 기초하여, 일반적인 곡선에는 다음이 포함될 가능성이 높습니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압 (I_F-V_F):이 곡선은 LED를 통해 흐르는 전류와 LED 양단 전압 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 주어진 공급 전압에서 원하는 구동 전류를 얻기 위해 필요한 직렬 저항 값을 결정하는 데 도움이 됩니다.
• 콜렉터 전류 대 콜렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE):포토트랜지스터의 경우, 이 곡선군은 입사광의 다른 수준(또는 다른 LED 구동 전류, I_F)에 대해 그려집니다. 이는 조명 조건에서 트랜지스터의 동작 영역(차단, 활성, 포화)을 정의합니다.
• 전류 전달율 (CTR) 대 순방향 전류:CTR는 포토트랜지스터의 출력 콜렉터 전류 (I_C)와 LED의 입력 순방향 전류 (I_F)의 비율로, 일반적으로 백분율로 표현됩니다. 이 곡선은 구동 전류에 따라 효율이 어떻게 변하는지 보여주며, 충분한 출력 신호 스윙을 보장하기 위한 인터페이스 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 온도 의존성:순방향 전압 (V_F), 암전류 (I_CEO), CTR와 같은 파라미터들이 주변 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여주는 곡선들입니다. 이는 전체 지정 온도 범위(-25°C ~ +85°C)에서 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

패키지 치수는 참조되지만 제공된 본문에는 상세히 설명되지 않았습니다. 주석은 모든 치수가 밀리미터(괄호 안은 인치)이며, 별도로 명시되지 않는 한 일반 공차는 ±0.25mm라고 명시합니다. 부품 번호 LTH-872-N55T1은 반사형 포토인터럽터에 공통적인 특정 패키지 스타일을 시사하며, 일반적으로 슬롯이 있는 성형 플라스틱 본체를 특징으로 합니다. 발광부와 수광부는 이 슬롯을 가로질러 같은 방향을 향하고 있어, 방출된 빛을 반사하는 물체를 감지할 수 있습니다.

4.1 극성 식별 및 핀아웃

정확한 핀아웃은 나열되지 않았지만, 표준 포토인터럽터 패키지는 4개의 핀을 가집니다: 적외선 LED의 애노드와 캐소드용 2개, NPN 포토트랜지스터의 콜렉터와 이미터용 2개. 데이터시트는 일반적으로 평면도와 핀 번호(예: 1: 애노드, 2: 캐소드, 3: 콜렉터, 4: 이미터)를 보여주는 다이어그램을 포함합니다. LED의 올바른 극성 연결은 손상을 방지하기 위해 필수적입니다.

5. 납땜 및 조립 가이드라인

데이터시트는 조립을 위한 중요한 파라미터를 제공합니다: 최대 리드 납땜 온도. 플라스틱 케이스에서 1.6mm (0.063 인치) 떨어진 위치에 있는 리드의 경우, 온도는5초 동안 260°C를 초과해서는 안 됩니다. 이는 웨이브 또는 핸드 납땜을 위한 표준 정격입니다. 리플로우 납땜의 경우, 부품은 사용된 특정 리플로우 프로파일과 호환되어야 하며, 이 프로파일은 일반적으로 약 240-250°C의 피크 온도를 가집니다. 이러한 열적 한계를 초과하면 반도체 접합의 내부 손상이나 플라스틱 패키지의 변형을 일으켜 광학 정렬과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

6. 애플리케이션 제안 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 애플리케이션 회로

기본 인터페이스 회로는 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다:

1. LED 구동기:전류 제한 저항이 LED와 직렬로 연결됩니다. 저항 값 (R_series)은 다음과 같이 계산됩니다: R_series= (V_CC- V_F) / I_F. 일반적인 V_F 1.4V와 원하는 I_F 20mA, 공급 전압 5V를 사용하면 R_series= (5 - 1.4) / 0.02 = 180 Ω이 됩니다. 표준 180Ω 또는 220Ω 저항이 적합합니다. 일정 전압이 아닌 일정 전류로 LED를 구동하면 더 안정적인 광 출력을 제공합니다.
2. 포토트랜지스터 출력:포토트랜지스터는 일반적으로 공통 이미터 구성으로 사용됩니다. 부하 저항 (R_L)이 콜렉터와 양극 공급 전압 (V_CC) 사이에 연결됩니다. 이미터는 접지에 연결됩니다. 빛이 트랜지스터에 떨어지면 트랜지스터가 켜져 콜렉터 전압을 낮게(V_CE(SAT)쪽으로) 끌어내립니다. 어두울 때는 트랜지스터가 꺼지고, 콜렉터 전압은 R_CC에 의해 V_L로 높게 끌어올려집니다. R_L의 값은 출력 전압 스윙과 속도를 결정합니다; 더 작은 R_L은 더 빠른 응답을 제공하지만 스윙은 더 작아집니다. 데이터시트는 R_L=100Ω으로 테스트합니다.

6.2 설계 고려사항

• 주변광 내성:반사형 센서로서, 주변광(특히 적외선을 포함하는 햇빛이나 밝은 실내 조명)에 취약할 수 있습니다. 변조된 LED 구동 신호와 수신기 회로에서의 동기 검출을 사용하면 이러한 간섭에 대한 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 물체 반사율:유효 감지 거리와 신호 강도는 목표 물체의 반사율에 크게 의존합니다. 높은 반사율 표면(흰색 종이와 같은)이 가장 잘 작동하며, 어둡거나 무광택 표면은 충분한 빛을 반사하지 못할 수 있습니다.
• 정렬 및 간격:최적의 감지 거리(센서와 반사 물체 사이의 간격)는 일반적으로 전체 데이터시트에 지정됩니다. 기계적 설계는 이 간격이 일관되게 유지되도록 보장해야 합니다.
• 전기적 노이즈:긴 케이블 구간이나 노이즈가 많은 환경의 경우, 포토트랜지스터 출력이 꺼져 있을 때 고임피던스 노드가 되어 피크업에 민감할 수 있으므로, 출력 신호의 적절한 차폐 및 필터링이 필요할 수 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

다른 감지 기술과 비교했을 때, 이 포토인터럽터는 다음과 같은 특정 장점을 제공합니다:

• 기계식 스위치 대비:접점 바운스 없음, 훨씬 긴 수명(수백만 대 수천 사이클), 더 빠른 응답, 무음 작동.
• 투과형 포토인터럽터(슬롯형 옵토커플러) 대비:LTH-872-N55T1과 같은 반사형 타입은 물체가 슬롯을 통과할 필요가 없습니다; 거리에서 물체를 감지할 수 있습니다. 이는 용지가 표면을 따라 달리는 용지 감지와 같은 애플리케이션을 위한 기계적 설계를 단순화합니다.
• 현대식 센서(예: 홀 효과, 초음파) 대비:포토인터럽터는 기본적인 존재/부재 감지를 위해 일반적으로 더 간단하고 저렴합니다. 자석(홀 센서와 같은)이 필요하지 않으며 초음파 센서보다 복잡성이 적지만, 비반사성 목표물에서는 효과가 떨어질 수 있습니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 암전류 (I_CEO) 사양의 목적은 무엇입니까?

A: 암전류는 포토트랜지스터가 완전히 어두울 때(LED의 빛이 없고 주변광도 없을 때) 흐르는 작은 누설 전류입니다. "꺼짐" 상태에서, 이 전류가 부하 저항 (R_L)을 통해 흐르면 작은 전압 강하가 발생합니다. 높은 암전류는 출력 전압이 완전히 "높음" 논리 레벨에 도달하지 못하게 하여 후속 회로에 의한 오해석을 초래할 수 있습니다. 지정된 최대 100 nA는 매우 낮아 깨끗한 꺼짐 상태 신호를 보장합니다.

Q: 올바른 LED 구동 전류 (I_F)는 어떻게 선택합니까?

A: 구동 전류는 광 출력에 영향을 미치며, 이는 포토트랜지스터의 출력 전류 (I_C(ON))와 장치의 감도에 직접 영향을 미칩니다. 일반적인 테스트 조건인 20mA에서 작동하는 것이 좋은 시작점입니다. 애플리케이션이 높은 반사율과 짧은 거리를 가진다면 전력을 절약하기 위해 전류를 줄일 수 있습니다. 전류를 증가시키면 어려운 목표물에 대한 신호 강도를 향상시킬 수 있지만, 소비 전력을 증가시키고 50mA의 절대 최대치 아래로 유지해야 합니다. 지침을 위해 일반적인 CTR 대 I_F 곡선을 참조하십시오.

Q: 이 센서를 실외에서 사용할 수 있습니까?

A: 동작 온도 범위(-25°C ~ +85°C)는 많은 환경에서 사용할 수 있도록 합니다. 그러나 직사광선에는 강한 적외선 복사가 포함되어 있어 포토트랜지스터를 포화시켜 지속적인 "켜짐" 감지를 일으킬 수 있습니다. 실외 사용을 위해서는 주변 적외선 광을 차단하기 위해 광학 필터링(LED의 파장은 통과하지만 가시광선은 차단하는 IR 통과 필터) 및/또는 신호 변조 기술을 적극 권장합니다.

9. 동작 원리

LTH-872-N55T1은 내부 반사 변조 원리로 작동합니다. 적외선 LED가 빛을 방출합니다. 감지 영역 내에 반사성 목표물이 없을 때, 이 빛의 대부분은 소산됩니다. 적절히 반사하는 물체가 영역에 들어오면, 방출된 빛의 일부가 장치 쪽으로 반사됩니다. 동일한 적외선 파장에 민감한 통합 포토트랜지스터가 이 반사된 빛을 감지합니다. 입사 광자는 포토트랜지스터의 베이스 영역에서 전자-정공 쌍을 생성하여 효과적으로 베이스 전류를 제공합니다. 이로 인해 트랜지스터가 켜져 반사된 빛의 강도에 비례하는 콜렉터 전류 (I_C)가 흐릅니다. 이 출력 전류/전압의 변화는 외부 회로에 의해 물체의 존재를 신호하는 데 사용됩니다.

10. 산업 동향

기본적인 포토인터럽터 기술은 성숙되었지만, 동향은 소형화, 통합 및 향상된 기능성에 초점을 맞추고 있습니다. 새로운 장치들은 다음과 같은 특징을 가질 수 있습니다:

- 표면 실장 (SMD) 패키지:고밀도 PCB 조립을 위한 더 작은 공간 점유.

- 통합 IC:일부 현대식 포토인터럽터는 증폭, 히스테리시스를 위한 슈미트 트리거, 심지어 온칩 디지털 출력(예: I2C)을 포함하여 인터페이스 설계를 단순화합니다.

- 더 높은 속도:기계 속도의 증가에 발맞추기 위해 더 빠른 응답 시간을 위한 개발이 계속되고 있습니다.

- 향상된 주변광 제거:도전적인 조명 환경에서 센서를 더 강력하게 만들기 위해 고급 광학 설계와 변조 방식이 사용되고 있습니다. LTH-872-N55T1과 같은 부품에 구현된 핵심 반사 감지 원리는 광범위한 비접촉 감지 작업을 위한 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 솔루션으로 남아 있습니다.