ITR20002 포토인터럽터 데이터시트 - 측면 조사형 패키지 - 940nm 파장 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ITR20002는 컴팩트한 측면 조사형 적외선 포토인터럽터 모듈입니다. 이 모듈은 적외선 발광 다이오드와 NPN 실리콘 포토트랜지스터를 검정색 열가소성 하우징 내부의 수렴 광축 상에 나란히 장착하여 통합했습니다. 이 구성은 발광부와 검출부 사이의 적외선 빔 경로를 차단함으로써 물체 감지, 위치 감지 및 비접촉 스위칭 애플리케이션을 위해 설계되었습니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

• 빠른 응답 시간:고속 애플리케이션에 적합한 빠른 감지 및 스위칭을 가능하게 합니다.
• 높은 감도:실리콘 포토트랜지스터가 IR 발광체로부터 신뢰할 수 있는 신호 감지를 제공합니다.
• 특정 차단 파장:940nm의 피크 발광 파장(λp)으로, 적외선 감지에 최적화되어 가시광선 간섭을 최소화합니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 무연(Pb-free)이며, RoHS, EU REACH 및 할로겐 프리 기준(Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)을 준수합니다.
• 수렴 광축:나란히 배치된 수렴 설계는 구성 요소 사이의 갭에서 물체 감지를 위한 정렬을 단순화합니다.

1.2 목표 애플리케이션

이 모듈은 다양한 광전자 감지 작업을 위해 설계되었으며, 다음을 포함합니다:

• 마우스 및 복사기 메커니즘에서의 움직임 또는 용지 존재 감지.
• 플로피 디스크 드라이브에서의 디스크 삽입 또는 트랙 위치 감지.
• 일반적인 비접촉 스위칭.
• 인쇄 회로 기판(PCB)에 직접 장착.

2. 기술 파라미터 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 입력 (IR LED):
  • 전력 소산 (Pd):25°C에서 100 mW. 더 높은 주변 온도에서는 감액이 필요합니다.
  • 역방향 전압 (VR):5 V. 이를 초과하면 LED 접합이 파괴될 수 있습니다.
  • 순방향 전류 (IF):연속 60 mA.
  • 피크 순방향 전류 (IFP):듀티 사이클 1%에서 펄스 ≤100μs 동안 1 A. 이는 짧고 고강도의 펄스를 허용합니다.
• 출력 (포토트랜지스터):
  • 컬렉터 전력 소산 (Pc):80 mW. 이는 컬렉터 전류와 전압의 조합을 제한합니다.
  • 컬렉터 전류 (IC):최대 연속 전류 20 mA.
  • 컬렉터-이미터 전압 (BV_CEO):35 V. 베이스가 개방 상태일 때 트랜지스터 양단에 인가할 수 있는 최대 전압입니다.
  • 이미터-컬렉터 전압 (BV_ECO):6 V. 이미터와 컬렉터 사이의 최대 역방향 전압입니다.
• 열 정격:
  • 동작 온도 (T_opr):-25°C ~ +85°C.
  • 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +85°C.
  • 리드 솔더링 온도 (T_sol):패키지 본체에서 1/16 인치(1.6mm) 거리에서 5초 동안 260°C.

2.2 전기-광학 특성 (Ta=25°C)

이는 지정된 테스트 조건에서의 일반적인 동작 파라미터입니다.

• 입력 특성 (IR LED):
  • 순방향 전압 (V_F):I_F=20mA에서 일반적으로 1.2V ~ 1.5V. 이는 전류 제한 구동 회로 설계에 중요합니다.
  • 피크 파장 (λ_P):940nm. 이는 IR LED가 가장 많은 광 출력을 방출하는 파장입니다.
• 출력 특성 (포토트랜지스터):
  • 암전류 (I_CEO):조명 없음(E_CE=0) 상태에서 V_e=20V일 때 최대 100 nA. 이는 "꺼짐" 상태의 잡음 바닥을 정의하는 누설 전류입니다.
  • 컬렉터-이미터 포화 전압 (V_CE(sat)):I_C=0.04mA 및 I_F=40mA에서 최대 0.4V. 트랜지스터를 스위치로 사용할 때 낮은 V_CE(sat)가 바람직합니다.
  • 컬렉터 전류 (I_C(ON)):V_CE=5V 및 I_F=20mA에서 0.04mA ~ 0.9mA 범위. 이 전달 특성 파라미터는 커플러의 감도를 정의합니다. 넓은 범위는 빈(binned)될 수 있는 중요한 파라미터임을 나타냅니다.
  • 상승/하강 시간 (t_r/t_f):특정 테스트 조건(V_CE=2V, I_C=100μA, R_L=100Ω)에서 각각 일반적으로 20μs 및 25μs. 이 값은 장치의 최대 스위칭 주파수를 결정합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 IR 발광체와 포토트랜지스터 모두에 대한 일반적인 특성 곡선을 참조합니다. 정확한 그래프는 여기에 재현되지 않았지만, 그 중요성은 설명됩니다.

3.1 IR 발광 다이오드 곡선

이 곡선은 일반적으로 다른 온도에서 순방향 전류(I_F)와 순방향 전압(V_F) 사이의 관계를 보여주며, V_F의 음의 온도 계수를 나타냅니다. 또한 상대 복사 강도 대 순방향 전류 및 각도 방사 패턴을 보여줄 수 있으며, 이는 측면 조사형 패키지에서 빔 확산을 이해하는 데 중요합니다.

3.2 포토트랜지스터 곡선

이 곡선은 회로 설계에 필수적입니다. 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 컬렉터 전류 대 컬렉터-이미터 전압 (I_C-V_CE):다른 조도 수준(또는 다른 IR LED 전류)에 대한 곡선군입니다. 이는 트랜지스터의 출력 특성을 보여주고 부하선을 결정하는 데 도움이 됩니다.
• 컬렉터 전류 대 조도 (또는 I_F):이 전달 곡선은 감도를 정량화하여 주어진 입력 광량에 대해 얼마나 많은 출력 전류가 생성되는지 보여줍니다.
• 암전류 대 온도:누설 전류가 온도에 따라 어떻게 증가하는지 보여주며, 고온 환경에서 신호 대 잡음비에 영향을 줄 수 있습니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

ITR20002는 표준 측면 조사형, 스루홀 패키지로 제공됩니다. 데이터시트의 치수 도면은 PCB 레이아웃 및 기계적 통합을 위한 중요한 측정값을 제공합니다. 주요 특징으로는 리드 간격, 패키지 본체 치수 및 광학 개구부 위치가 포함됩니다. 주석은 치수 도면에 별도로 명시되지 않는 한 공차가 ±0.25mm임을 지정합니다.

4.2 극성 식별

스루홀 패키지의 경우, 극성은 일반적으로 패키지의 물리적 모양(평평한 부분 또는 노치) 또는 리드 길이로 표시됩니다. 데이터시트 도면은 IR LED의 애노드와 캐소드, 포토트랜지스터의 컬렉터와 이미터를 명확하게 표시해야 합니다. 올바른 극성은 장치 작동 및 손상 방지에 필수적입니다.

5. 애플리케이션 및 설계 가이드라인

5.1 대표적인 애플리케이션 회로

기본적인 애플리케이션은 전압원에 연결된 전류 제한 저항으로 IR LED를 구동하는 것을 포함합니다. 포토트랜지스터는 일반적으로 공통 이미터 구성으로 연결됩니다: 컬렉터는 부하 저항(R_L)을 통해 공급 전압으로 풀업되고, 이미터는 접지됩니다. 출력 신호는 컬렉터에서 취합니다. R_L의 값은 출력 전압 스윙, 속도 및 전류 소비에 영향을 미칩니다. 더 작은 R_L은 더 빠른 스위칭을 제공하지만 더 작은 전압 스윙을 제공합니다; 더 큰 R_L은 더 큰 스윙을 제공하지만 응답이 느려집니다.

5.2 설계 시 고려사항

• 정렬:나란히 배치된 수렴 축 설계는 감지 영역이 발광체와 검출기 사이의 갭에 있음을 의미합니다. 신뢰할 수 있는 동작을 위해서는 물체 경로의 정밀한 기계적 정렬이 필요합니다.
• 주변광 내성:하우징의 940nm 필터가 도움이 되지만, 강한 주변 IR 광원(햇빛, 백열등)은 포토트랜지스터를 포화시킬 수 있습니다. 변조된 IR 신호와 동기 검출을 사용하면 내성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 전류 구동:장기적인 신뢰성을 위해 권장 I_F(예: 20mA) 이하에서 IR LED를 동작시키십시오. 더 높은 전류(I_FP 한도 내)로 LED를 펄싱하면 감지 범위 또는 신호 강도를 증가시킬 수 있습니다.
• 출력 인터페이스:포토트랜지스터 출력은 마이크로컨트롤러의 디지털 입력(적절한 풀업 포함)에 직접 공급되거나, 아날로그 애플리케이션에서 정밀한 임계값 감지를 위해 비교기에 공급될 수 있습니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 라벨 사양

제품 라벨에는 여러 코드가 포함되어 있습니다:

• CPN:고객 부품 번호.
• P/N:제조업체 제품 번호 (ITR20002).
• QTY:포장 내 수량.
• CAT / HUE / REF:이는 광도(CAT), 주 파장(HUE), 순방향 전압(REF)과 같은 파라미터에 대한 내부 빈(binning) 코드를 가리킬 가능성이 높습니다.
• LOT No:추적 가능한 로트 번호.

6.2 포장 사양

표준 포장은 봉지당 150개, 박스당 5봉지, 카톤당 10박스입니다. 이 정보는 재고 계획 및 생산 라인 공급에 매우 중요합니다.

7. 기술 비교 및 포지셔닝

ITR20002는 물체 감지를 위한 고전적이면서도 비용 효율적인 솔루션을 나타냅니다. 주요 차별화 요소는 특정 슬롯 또는 갭을 통과하는 물체 감지를 위해 설계된 특정 측면 조사형 기계적 폼 팩터와 수렴 광축입니다. 반사형 센서와 비교할 때, 대상 물체의 반사율에 덜 의존하므로 더 높은 신뢰성과 일관성을 제공합니다. 대향 배치된 발광체와 검출기가 있는 투과형 센서와 비교할 때, 단일 모듈 내에서 물체가 빔을 차단하는 보다 컴팩트한 기계적 설계를 가능하게 합니다. 940nm 파장은 부품 가용성, 비용 및 주변광 제거 사이의 좋은 균형을 제공하는 일반적인 표준입니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

8.1 일반적인 감지 거리 또는 갭은 얼마입니까?

데이터시트는 I_C(ON)테스트 조건을 "5mm 떨어진 곳에 반사체가 있는 상태"로 지정합니다. 이는 장치가 매우 짧은 범위(아마도 몇 밀리미터 범위)의 감지에 최적화되었음을 시사합니다. 실제 사용 가능한 갭은 IR LED의 구동 전류, 수신기 회로의 감도 및 필요한 신호 마진에 따라 달라집니다.

8.2 전기적 서지를 방지하려면 어떻게 해야 합니까?

IR LED의 경우, 간단한 직렬 저항으로도 충분합니다. 잡음이 많은 환경에서 동작하는 포토트랜지스터의 경우, 고주파 잡음을 필터링하기 위해 컬렉터와 이미터 사이에 작은 커패시터(예: 1-10nF)를 추가하는 것을 고려하십시오. 단, 이는 응답 시간을 늦출 수 있습니다. 가혹한 산업 환경의 경우, 입력/출력 라인에 추가 외부 클램핑 다이오드 또는 TVS 다이오드가 필요할 수 있습니다.

8.3 회전 슬롯 디스크의 속도 감지에 사용할 수 있습니까?

예, 이것은 일반적인 애플리케이션입니다. 최대 스위칭 주파수는 상승/하강 시간(일반적으로 ~20-25μs)에 의해 제한되며, 이론적으로 약 20 kHz까지의 주파수를 허용합니다. 실제로는 회로 및 듀티 사이클 제약으로 인해 주파수가 더 낮아집니다. 디스크의 슬롯과 갭이 포토트랜지스터가 완전히 켜지고 꺼질 수 있을 만큼 충분히 넓은지 확인하십시오.

9. 동작 원리

ITR20002는 투과광 차단 원리로 동작합니다. 내부 적외선 발광 다이오드(IRED)는 순방향 바이어스되어 940nm의 피크 파장에서 빛을 방출합니다. 수렴 축에 위치한 NPN 실리콘 포토트랜지스터는 경로를 방해하는 것이 없을 때 정상적으로 이 복사를 수신합니다. 충분한 에너지를 가진 광자가 포토트랜지스터의 베이스 영역을 때리면 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 이 광전류는 베이스 전류 역할을 하며, 이는 트랜지스터의 전류 이득(베타)에 의해 증폭되어 훨씬 더 큰 컬렉터 전류를 생성합니다. 불투명 물체가 발광체와 검출기 사이의 갭에 놓이면 광 경로가 차단됩니다. 광전류가 중단되고 트랜지스터가 꺼지며, 컬렉터 전류가 매우 낮은 값(암전류)으로 떨어집니다. 컬렉터 전류의 이 켜짐/꺼짐 변화는 물체의 존재 또는 부재를 나타내는 디지털 신호를 제공합니다.

10. 면책 조항 및 신뢰성 노트

이 기술 문서에 제공된 정보는 원본 데이터시트를 기반으로 합니다. 제조업체의 주요 면책 조항 및 노트는 다음과 같습니다:

• 사양 및 재료는 변경될 수 있습니다.
• 본 제품은 출하일로부터 12개월 동안 공개된 사양을 충족합니다.
• 그래프 및 일반 값은 참조용이며 보장되지 않습니다.
• 절대 최대 정격을 초과하여 동작하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.
• 본 제품은 명시적인 승인 없이는 안전 관련, 군사, 항공, 자동차, 의료 또는 생명 유지 애플리케이션에 사용할 수 없습니다.