Техническая документация на инфракрасный светодиод HIR323C 5мм - Диаметр 5мм - Прямое напряжение 1.45В - Длина волны 850нм - Рассеиваемая мощность 150мВт

1. Обзор продукта

HIR323C — это высокоинтенсивный инфракрасный излучающий диод в стандартном корпусе T-1 (5мм) с прозрачной пластиковой линзой. Устройство разработано для обеспечения надежной работы в системах инфракрасного сенсорного контроля и связи. Его спектральный выход специально согласован для совместимости с распространенными кремниевыми фототранзисторами, фотодиодами и инфракрасными приемными модулями, что гарантирует оптимальную эффективность системы. Основная область применения данного компонента — инфракрасные системы, которые могут включать пульты дистанционного управления, детекторы объектов, датчики приближения и оптические переключатели.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основные преимущества данного ИК-светодиода обусловлены его конструкцией и выбором материалов. В нем используется чип из GaAlAs (арсенида галлия-алюминия), известный эффективным инфракрасным излучением. Корпус обеспечивает высокую силу излучения, что позволяет осуществлять мощную передачу сигнала. Важной особенностью является низкое прямое напряжение, способствующее снижению энергопотребления в конечном устройстве. Продукт разработан в соответствии с современными экологическими и стандартами безопасности: не содержит свинца, соответствует директиве RoHS, регламенту ЕС REACH и не содержит галогенов. Это делает его пригодным для глобального рынка, особенно в потребительской электронике, промышленной автоматизации и системах безопасности, где требуются надежные, долговечные инфракрасные источники.

2. Подробный анализ технических параметров

В данном разделе представлена детальная, объективная интерпретация ключевых технических параметров, указанных в спецификации, с объяснением их значимости для инженеров-конструкторов.

2.1 Предельные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа в таких условиях не гарантируется.

• Постоянный прямой ток (IF):100 мА. Это максимальный постоянный ток, который может протекать через светодиод неограниченно долго при заданных условиях.
• Пиковый прямой ток (IFP):1.0 А. Такой высокий ток допустим только в импульсном режиме (длительность импульса ≤ 100мкс, скважность ≤ 1%). Полезен для приложений, требующих очень коротких импульсов высокой интенсивности.
• Обратное напряжение (VR):5 В. Превышение этого напряжения в обратном направлении смещения может вызвать пробой p-n перехода.
• Рабочая и температура хранения:Диапазон от -40°C до +85°C (рабочая) и от -40°C до +100°C (хранение). Такой широкий диапазон обеспечивает надежность в жестких условиях эксплуатации.
• Рассеиваемая мощность (Pd):150 мВт при температуре окружающей среды 25°C или ниже. Это максимальная мощность, которую корпус может рассеивать в виде тепла. Допустимый прямой ток будет снижаться при более высоких температурах окружающей среды.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены при стандартных условиях испытаний (Ta=25°C) и определяют производительность устройства.

• Сила излучения (Ie):Это оптическая мощность, излучаемая в единицу телесного угла, измеряется в мВт/ср. Типичное значение составляет 30 мВт/ср при IF=20мА. В импульсном режиме при 100мА может достигать 130 мВт/ср. Более высокая сила излучения означает большую дальность действия или лучшее соотношение сигнал/шум.
• Пиковая длина волны (λp):850 нм (тип.). Это длина волны, на которой оптическая выходная мощность максимальна. 850нм находится в ближнем инфракрасном спектре, невидимом для человеческого глаза, но эффективно детектируемом кремниевыми сенсорами.
• Спектральная ширина (Δλ):45 нм (тип.). Определяет диапазон излучаемых длин волн, центрированный вокруг пиковой длины волны. Более узкая ширина может быть полезна для фильтрации шума от окружающего света.
• Прямое напряжение (VF):1.45В (тип.) при 20мА, максимум 1.65В. При 100мА (импульсный) максимум составляет 2.40В. Низкое VF является ключевым параметром эффективности.
• Угол излучения (2θ1/2):15 градусов (тип.). Это полный угол, при котором сила излучения падает до половины от максимального значения (на оси). Узкий угол излучения создает более сфокусированный луч.

3. Объяснение системы сортировки

HIR323C использует систему сортировки для категоризации устройств на основе измеренной силы излучения при стандартном испытательном токе 20мА. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным минимальным требованиям к выходной мощности для их приложения.

• Класс P:Диапазон силы излучения от 15.0 мВт/ср (мин.) до 24.0 мВт/ср (макс.).
• Класс Q:Диапазон силы излучения от 21.0 мВт/ср (мин.) до 34.0 мВт/ср (макс.).
• Класс R:Диапазон силы излучения от 30.0 мВт/ср (мин.) до 48.0 мВт/ср (макс.).

Выбор более высокого класса (например, R) гарантирует более высокий минимальный выходной сигнал, что может быть критически важно для обеспечения стабильной работы системы, особенно при изменении температуры и в течение всего срока службы изделия.

4. Анализ характеристических кривых

В спецификации приведены несколько графиков, иллюстрирующих поведение устройства в различных условиях. Понимание этих графиков имеет решающее значение для надежной разработки схемы.

4.1 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая показывает снижение максимально допустимого постоянного прямого тока с ростом температуры окружающей среды. При повышении температуры способность корпуса рассеивать тепло уменьшается, поэтому ток должен быть снижен, чтобы оставаться в пределах безопасной рабочей области (SOA), определяемой максимальной рассеиваемой мощностью. Конструкторы должны использовать этот график для выбора соответствующих токоограничивающих резисторов или драйверов для предполагаемых условий эксплуатации.

4.2 Сила излучения в зависимости от прямого тока

Этот график изображает зависимость между током накачки (IF) и оптическим выходом (Ie). Она, как правило, нелинейна. Выходная мощность увеличивается с током, но может насыщаться при очень высоких токах из-за тепловых эффектов и снижения эффективности. Кривая помогает определить ток накачки, необходимый для достижения желаемого уровня выходного сигнала.

4.3 Спектральное распределение

Этот график показывает относительную силу излучения как функцию длины волны. Он подтверждает пиковую длину волны (λp ~850нм) и спектральную ширину (Δλ). Форма этой кривой важна для обеспечения совместимости с кривой спектральной чувствительности приемного сенсора (фототранзистора/фотодиода).

4.4 Относительная сила излучения в зависимости от углового смещения

Эта полярная диаграмма иллюстрирует диаграмму направленности светодиода. Интенсивность максимальна вдоль центральной оси (0°) и уменьшается с увеличением угла. Угол излучения 15 градусов определяется там, где интенсивность падает до 50% от пиковой. Эта информация жизненно важна для оптического проектирования, определения расходимости луча и допусков на юстировку в системе.

5. Механическая и упаковочная информация

5.1 Чертеж габаритных размеров корпуса

Устройство соответствует стандартному круглому корпусу светодиода T-1 (5мм). Ключевые размеры включают общий диаметр (5.0мм тип.), высоту линзы и расстояние между выводами (2.54мм или 0.1 дюйма, что является стандартным шагом отверстий на печатной плате). На чертеже указаны анодный и катодный выводы, причем более длинный вывод обычно является анодом. Все неуказанные допуски составляют ±0.25мм. Инженеры должны обращаться к этому чертежу для проектирования посадочного места на печатной плате и проверки механических зазоров.

5.2 Идентификация полярности

Компонент использует стандартное соглашение о полярности светодиода: более длинный вывод — это Анод (+), а более короткий — Катод (-). На корпусе также может быть плоская сторона на ободке рядом с катодным выводом. Правильная полярность необходима для работы; обратное смещение свыше 5В может повредить устройство.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для сохранения надежности и производительности устройства.

6.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3мм от основания эпоксидной колбы, чтобы избежать напряжения на внутреннем кристалле и проводных соединениях.
• Формовку всегда следует выполнять до процесса пайки.
• Механическое напряжение на корпус во время формовки должно быть минимизировано для предотвращения трещин или внутренних повреждений.
• Совмещение отверстий на печатной плате должно быть точным, чтобы избежать монтажного напряжения.

6.2 Условия хранения

Рекомендуемая среда хранения — при температуре 30°C или ниже и относительной влажности (RH) 70%. Срок годности в этих условиях составляет 3 месяца с момента отгрузки. Для более длительного хранения (до одного года) устройства должны храниться в герметичном контейнере с азотной атмосферой и осушителем для предотвращения поглощения влаги, что может повлиять на паяемость и надежность.

6.3 Параметры пайки

Минимальное расстояние 3мм должно соблюдаться между паяным соединением и эпоксидной колбой для предотвращения термического повреждения.

• Ручная пайка:Максимальная температура жала паяльника 300°C (для паяльника 30Вт), время пайки не более 3 секунд на вывод.
• Волновая/погружная пайка:Максимальная температура предварительного нагрева 100°C до 60 секунд. Максимальная температура ванны припоя 260°C, время погружения не более 5 секунд.

В спецификации приведен рекомендуемый температурный профиль пайки, подчеркивающий важность контролируемого нагрева, пиковой температуры и скорости охлаждения для предотвращения термического удара. Пайка (погружная или ручная) не должна выполняться более одного раза. После пайки устройство должно быть защищено от вибрации до тех пор, пока оно не остынет до комнатной температуры.

6.4 Очистка

Если очистка необходима, следует использовать только изопропиловый спирт при комнатной температуре в течение не более одной минуты. Ультразвуковая очистка настоятельно не рекомендуется, так как высокочастотные вибрации могут повредить внутреннюю структуру светодиода. Если это абсолютно необходимо, процесс должен быть предварительно тщательно проверен.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Устройства обычно упакованы в антистатические пакеты для предотвращения повреждения от электростатического разряда (ESD). Распространенная конфигурация упаковки: 200-500 штук в пакете, 5 пакетов помещаются во внутреннюю коробку, и 10 внутренних коробок помещаются в основную (внешнюю) коробку.

7.2 Спецификация формы этикетки

Этикетка на упаковке содержит критически важную информацию для прослеживаемости и правильного применения:

• P/N:Номер изделия (HIR323C).
• CAT:Класс силы излучения (т.е. код класса: P, Q или R).
• LOT No:Номер партии для прослеживаемости производства.
• Другие коды могут включать номер детали заказчика (CPN), количество (QTY) и даты.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типичные сценарии применения

• Инфракрасные пульты дистанционного управления:Для телевизоров, аудиосистем и другой потребительской электроники.
• Детектирование объектов/приближения:В бытовой технике, торговых автоматах и промышленном оборудовании для обнаружения наличия или отсутствия объекта.
• Оптические переключатели и энкодеры:Где прерывание или отражение инфракрасного луча указывает на положение или движение.
• Системы безопасности:В качестве части лучей инфракрасного обнаружения вторжения.
• Передача данных:Для короткодистанционных, симплексных последовательных каналов передачи данных (совместимые с IrDA системы могут требовать специальных устройств).

8.2 Соображения при проектировании

• Ограничение тока:Светодиод — это устройство с токовым управлением. Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока для установки прямого тока (IF) на желаемое значение, рассчитанное из напряжения питания (Vcc), прямого напряжения светодиода (VF) и желаемого тока: R = (Vcc - VF) / IF.
• Теплоотвод:Для непрерывной работы при более высоких токах или в условиях повышенной температуры окружающей среды учитывайте кривую снижения мощности. Обеспечьте достаточную площадь медной подложки на печатной плате или другие средства для отвода тепла от выводов светодиода.
• Оптическая юстировка:Узкий угол излучения 15 градусов требует тщательной механической юстировки между излучателем и детектором для оптимальной силы сигнала.
• Защита от фоновой засветки:Для систем, работающих в условиях переменного окружающего освещения (например, солнечного света), рассмотрите возможность модуляции инфракрасного сигнала на определенной частоте и использования приемника, настроенного на эту частоту, для подавления фонового шума.

9. Техническое сравнение и дифференциация

Хотя существует множество 5мм инфракрасных светодиодов, HIR323C выделяется комбинацией параметров. Его высокая типовая сила излучения (30 мВт/ср при 20мА) помещает его в более высокий класс производительности для своего размера корпуса. Очень низкое типовое прямое напряжение (1.45В) повышает энергоэффективность, что особенно ценно в устройствах с батарейным питанием. Специальная согласованность с кремниевыми фотодетекторами и соответствие строгим экологическим стандартам (без галогенов, REACH) делают его подходящим выбором для современных, экологически ориентированных проектов, требующих надежной, долгосрочной работы.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В1: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3.3В или 5В?

О: Нет. Ток светодиода должен быть ограничен. Подключение его напрямую к низкоомному источнику напряжения, такому как вывод МК, вызовет чрезмерный ток, что может разрушить как светодиод, так и выход МК. Всегда используйте токоограничивающий резистор или драйверную схему.

В2: В чем разница между классами P, Q и R?

О: Они представляют разные гарантированные минимальные уровни излучаемой мощности. Класс R имеет самый высокий минимальный выход (30 мВт/ср), затем Q (21 мВт/ср), а затем P (15 мВт/ср). Выбирайте исходя из требуемой силы сигнала и запаса по каналу в вашем приложении.

В3: В спецификации указан пиковый прямой ток 1А. Могу ли я использовать это для мощных импульсных приложений?

О: Да, но только при строгих указанных условиях: длительность импульса должна быть 100 микросекунд или менее, а скважность должна быть 1% или менее (например, один импульс 100мкс каждые 10мс). Это позволяет светодиоду выдерживать высокую мгновенную мощность без перегрева.

В4: Почему важны условия хранения и срок годности?

О: Электронные компоненты в пластиковых корпусах могут поглощать влагу из атмосферы. Во время высокотемпературного процесса пайки эта захваченная влага может быстро расширяться, вызывая внутреннее расслоение или \"эффект попкорна\", который раскалывает корпус и разрушает устройство. Соблюдение рекомендаций по хранению и, при необходимости, прогрев компонентов критически важны для производства с высоким выходом годных изделий.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование простого датчика обнаружения объекта.

Распространенное применение — датчик прерывания луча. HIR323C размещается с одной стороны пути, а фототранзистор (согласованный с 850нм) — прямо напротив. Микроконтроллер управляет светодиодом через резистор 100 Ом от источника питания 5В, что дает прямой ток примерно (5В - 1.45В)/100 Ом = 35.5 мА. Светодиод работает в импульсном режиме на частоте 1 кГц со скважностью 50% для экономии энергии и обеспечения возможности подавления фонового света с помощью синхронного детектирования в микроконтроллере. Выход фототранзистора считывается АЦП МК. Когда объект прерывает луч, показание АЦП падает, вызывая действие. Узкий угол излучения HIR323C в 15 градусов помогает создать четко определенную зону обнаружения, уменьшая ложные срабатывания от объектов, проходящих рядом, но не через луч.

12. Введение в принцип работы

Инфракрасный светоизлучающий диод (ИК-светодиод) — это полупроводниковый диод с p-n переходом, излучающий свет при прямом смещении. Когда электрический ток течет от анода (материал p-типа) к катоду (материал n-типа), электроны рекомбинируют с дырками в области перехода, высвобождая энергию в виде фотонов. Длина волны излучаемого света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Для HIR323C материаловая система GaAlAs имеет запрещенную зону, соответствующую фотонам в ближней инфракрасной области около 850 нанометров. Прозрачная эпоксидная линза пропускает эту длину волны и имеет форму для создания желаемой диаграммы направленности (угла излучения).

13. Тенденции развития

Тенденция в технологии инфракрасных излучателей продолжает двигаться в сторону повышения эффективности (больше оптической выходной мощности на ватт электрической входной мощности), что позволяет увеличить дальность, снизить энергопотребление или и то, и другое. Также наблюдается тенденция к миниатюризации, при этом корпуса для поверхностного монтажа (SMD) становятся более распространенными, чем выводные типы, такие как T-1, для автоматизированной сборки. Интеграция — еще одна тенденция, становятся распространенными комбинированные модули излучатель-сенсор и интеллектуальные сенсоры со встроенной обработкой сигналов. Кроме того, соблюдение и превышение экологических норм (таких как требования по отсутствию галогенов) остается ключевым направлением для производителей компонентов, работающих на глобальных рынках. В то время как стандартная длина волны 850нм остается популярной из-за хорошей реакции кремниевых сенсоров и низкой стоимости, другие длины волн, такие как 940нм, набирают популярность в приложениях, где нежелательна видимость слабого красного свечения (присутствующего у некоторых светодиодов 850нм).