Техническая документация LTE-5228A - Мощный инфракрасный светодиод 940 нм с низким прямым напряжением

1. Обзор продукта

LTE-5228A — это мощный инфракрасный (ИК) светоизлучающий диод (LED), предназначенный для применений, требующих высокой оптической мощности. Его ключевые преимущества обусловлены конструкцией, рассчитанной на работу с высоким током при относительно низком прямом напряжении, что обеспечивает эффективность как в импульсном, так и в непрерывном режиме. Прибор заключен в прозрачный корпус, что типично для ИК-излучателей для минимизации поглощения невидимого излучения. Основные целевые рынки включают промышленную автоматизацию, системы безопасности (например, подсветка для камер видеонаблюдения), оптические датчики и пульты дистанционного управления, где требуются надежные невидимые источники света.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные значения

Эти значения определяют пределы, превышение которых может привести к необратимому повреждению прибора. LTE-5228A может рассеивать до 150 мВт мощности. Его пиковый прямой ток достигает 2 Ампер, но допустим только в специфических импульсных условиях (300 импульсов в секунду с длительностью импульса 10 микросекунд). Непрерывный прямой ток составляет 100 мА. Прибор выдерживает обратное напряжение до 5В. Диапазоны рабочих температур и температур хранения составляют от -40°C до +85°C и от -55°C до +100°C соответственно, что указывает на пригодность для жестких условий эксплуатации. Температура пайки выводов указана как 260°C в течение 5 секунд на расстоянии 1,6 мм от корпуса, что является критическим параметром для процессов сборки.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются при стандартных условиях испытаний: температура окружающей среды 25°C и прямой ток (I_F) 20мА. Ключевые оптические выходные параметры определены двумя способами: Облученность в апертуре (E_eв мВт/см²) и Сила излучения (I_Eв мВт/ср). Оба параметра подвергаются бинингу, то есть приборы после производства сортируются на группы производительности (BIN A, B, C, D), где BIN D представляет наивысшую выходную мощность. Пиковая длина волны излучения (λ_Пик) составляет 940 нм, что помещает его в ближний инфракрасный спектр. Полуширина спектральной линии (Δλ) равна 50 нм, что указывает на спектральную ширину излучаемого света. Электрически, прямое напряжение (V_F) при 20мА находится в диапазоне от 1,2В до 1,6В, что подтверждает заявленную низковольтную работу. Обратный ток (I_R) составляет максимум 100 мкА при обратном смещении 5В. Угол обзора (2θ_1/2) равен 40 градусам, определяя угловой разброс, где сила излучения составляет не менее половины своего пикового значения.

3. Объяснение системы бининга

В техническом описании четко используется система бининга для излучаемой мощности. Приборы тестируются и классифицируются в четыре бина (A, B, C, D) на основе измеренных значений Облученности в апертуре и Силы излучения при I_F= 20мА. BIN A представляет нижний диапазон выходной мощности, а BIN D — гарантированно наивысшую выходную мощность. Эта система позволяет производителям предлагать стабильные уровни производительности и дает разработчикам возможность выбрать бин, точно соответствующий требованиям чувствительности или дальности их приложения. Для данной конкретной модели не указан бининг по напряжению или длине волны; прямое напряжение и пиковая длина волны приведены как типичные/максимальные диапазоны без кодов бинов.

4. Анализ рабочих характеристик

Техническое описание содержит несколько графиков, иллюстрирующих поведение прибора в различных условиях.

4.1 Спектральное распределение (Рис.1)

Эта кривая показывает относительную излучаемую интенсивность в зависимости от длины волны. Она подтверждает пик на 940 нм и приблизительную полуширину спектра 50 нм. Форма кривой типична для ИК-светодиода на основе AlGaAs.

4.2 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.2)

Эта кривая снижения номинальных значений показывает, как максимально допустимый непрерывный прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Это критически важно для проектирования системы теплового управления, чтобы температура перехода не превышала безопасных пределов.

4.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (Рис.3)

Это стандартная ВАХ (вольт-амперная характеристика). Она показывает экспоненциальную зависимость: напряжение растет с увеличением тока. Кривая позволяет разработчикам определить необходимое напряжение питания для желаемого рабочего тока.

4.4 Относительная излучаемая интенсивность в зависимости от температуры окружающей среды (Рис.4) и от прямого тока (Рис.5)

Рисунок 4 иллюстрирует температурную зависимость светового выхода, обычно показывая снижение эффективности с ростом температуры. Рисунок 5 показывает, как оптическая выходная мощность увеличивается с прямым током, подчеркивая нелинейную зависимость, особенно при высоких токах, где эффективность может падать из-за нагрева.

4.5 Диаграмма направленности излучения (Рис.6)

Эта полярная диаграмма визуально представляет пространственное распределение излучаемого света, подтверждая угол обзора 40 градусов. Диаграмма показывает относительную интенсивность под разными углами от центральной оси (0°).

5. Механическая информация и данные о корпусе

Корпус выполнен в стандартном стиле светодиода с фланцем. Ключевые размеры включают расстояние между выводами, измеренное в месте их выхода из корпуса. Примечание указывает, что максимальный выступ смолы под фланцем составляет 1,5 мм. Корпус описан как "прозрачный", что оптимально для ИК-излучения. Полярность обычно обозначается более длинным выводом, который является анодом (+), и/или плоской меткой на ободке корпуса рядом с катодным выводом (-), хотя в предоставленном тексте эта конкретная маркировка не детализирована. Чертеж размеров (упомянутый, но не предоставленный в тексте) показывал бы точную длину, ширину и высоту.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Основная рекомендация — абсолютное максимальное значение для пайки выводов: 260°C в течение 5 секунд, измеренное на расстоянии 1,6 мм (0,063") от корпуса. Это критический параметр для процессов волновой или ручной пайки. Превышение этого значения может повредить внутреннее крепление кристалла или эпоксидный корпус. Для пайки оплавлением следует использовать профиль с пиковой температурой ниже 260°C и временем выше ликвидуса, соответствующим припойной пасте. Обычно рекомендуется избегать чрезмерных механических нагрузок на выводы при обращении. Условия хранения должны соответствовать указанному диапазону от -55°C до +100°C в сухой среде для предотвращения поглощения влаги.

7. Рекомендации по применению

7.1 Типичные сценарии применения

• Инфракрасная подсветка:Для камер видеонаблюдения в условиях слабого освещения или его отсутствия.
• Оптические датчики:В качестве источника света в датчиках приближения, детекторах объектов и роботах, следующих по линии.
• Пульты дистанционного управления:Для передачи кодированных сигналов на телевизоры, кондиционеры и т.д.
• Промышленные каналы передачи данных:Короткодистанционная, свободно-пространственная оптическая связь в условиях электрических помех.
• Биометрические датчики:В составе систем для мониторинга сердечного ритма или распознавания отпечатков пальцев.

7.2 Вопросы проектирования

• Ограничение тока:Всегда используйте последовательный резистор или драйвер постоянного тока, чтобы не превысить максимальный непрерывный ток, особенно учитывая низкое V_F, из-за чего легко получить чрезмерный ток от источника напряжения.
• Теплоотвод:Для непрерывной работы, близкой к максимальному току, продумайте тепловой путь. Фланец может быть использован для крепления к печатной плате с тепловыми переходами или к радиатору.
• Импульсный режим работы:Для достижения очень высокого пикового выхода (для большей дальности) используйте спецификацию импульсного режима (пик 2А). Убедитесь, что схема драйвера может обеспечить требуемые короткие импульсы высокого тока.
• Оптическое проектирование:Используйте соответствующую линзу или отражатель для коллимации или формирования луча с углом 40 градусов в соответствии с потребностями приложения. Прозрачный корпус совместим со вторичной оптикой.
• Защита от ЭСР:Хотя это явно не указано, ИК-светодиоды могут быть чувствительны к электростатическому разряду. Рекомендуется применять стандартные меры предосторожности от ЭСР при обращении и проектировании схемы.

8. Техническое сравнение и отличия

По сравнению со стандартными маломощными ИК-светодиодами, ключевыми отличиями LTE-5228A являются егоспособность работать с высоким током(100мА непрерывно, 2А импульсно) иотносительно низкое прямое напряжение. Это сочетание позволяет получить более высокую излучаемую мощность без пропорционально более высокого рассеивания мощности из-за чрезмерного падения напряжения. Широкий угол обзора 40 градусов больше, чем у некоторых сфокусированных ИК-излучателей, обеспечивая более равномерную подсветку для покрытия площади, а не для точечного освещения на большие расстояния. Прозрачный корпус обеспечивает более высокий коэффициент пропускания для света с длиной волны 940 нм по сравнению с тонированными корпусами, используемыми для видимых светодиодов.

9. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я управлять этим светодиодом напрямую с вывода микроконтроллера на 3,3В или 5В?

О: Нет. Низкое прямое напряжение (макс. 1,6В при 20мА) означает, что прямое подключение, скорее всего, уничтожит светодиод и потенциально повредит вывод микроконтроллера из-за чрезмерного тока. Обязательно требуется токоограничивающий резистор или схема драйвера.

В: В чем разница между Облученностью в апертуре и Силой излучения?

О: Облученность в апертуре (E_e) — это плотность мощности (мВт/см²), падающая на поверхность, расположенную близко и перпендикулярно светодиоду. Сила излучения (I_E) — это мощность, излучаемая в единицу телесного угла (мВт/ср), описывающая собственную направленность источника. I_Eболее полезна для расчета освещенности на расстоянии.

В: Как выбрать правильный бинг?

О: Выбирайте на основе чувствительности вашей системы. Если ваш приемник требует минимального уровня сигнала, выберите бинг, который гарантирует этот уровень при вашем рабочем токе и расстоянии. Более высокие бины (C, D) обеспечивают больший запас по выходной мощности.

В: Требуется ли радиатор?

О: Это зависит от рабочего тока и температуры окружающей среды. При максимальном непрерывном токе (100мА) и повышенной температуре окружающей среды рассеиваемая мощность (P = V_F* I_F) приближается к 160мВт, что превышает абсолютный максимум рассеиваемой мощности в 150мВт. Следовательно, для непрерывной работы на полной мощности необходим тепловой менеджмент через медную площадку на печатной плате или радиатор. Для импульсного режима или более низких токов он может не потребоваться.

10. Практический пример использования

Проектирование активатора пассивного инфракрасного датчика движения с увеличенной дальностью:Пассивный ИК-датчик движения часто имеет ограниченную дальность. Чтобы увеличить его дальность ночью, можно использовать ИК-осветитель. Для этого применения LTE-5228A будет работать в импульсном режиме. Схема должна быть спроектирована для подачи импульсов 1А (в пределах максимума 2А) с низким коэффициентом заполнения (например, 1%), чтобы сохранить низкую среднюю мощность. Этот высокий пиковый ток создаст очень высокую мгновенную оптическую мощность, эффективно освещая сцену на расстоянии 20-30 метров. Широкий угол 40 градусов покроет большую площадь перед датчиком. Прозрачный корпус обеспечивает максимальную проекцию энергии наружу. Разработчик выберет светодиоды BIN D для максимальной дальности и использует кривые снижения номинальных значений, чтобы температура прибора оставалась стабильной в уличном корпусе.

11. Принцип работы

LTE-5228A — это полупроводниковый диод с p-n переходом. Когда приложено прямое напряжение, превышающее энергию его запрещенной зоны, электроны и дырки рекомбинируют в активной области, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав материала (обычно арсенид алюминия-галлия — AlGaAs) определяет энергию запрещенной зоны, которая соответствует инфракрасной длине волны 940 нм. Прозрачный эпоксидный корпус инкапсулирует полупроводниковый кристалл, обеспечивает механическую защиту и действует как линза для формирования выходного луча. Излучаемая мощность прямо пропорциональна скорости рекомбинации носителей, которая контролируется прямым током.

12. Технологические тренды

Технология инфракрасных излучателей продолжает развиваться вместе с технологией видимых светодиодов. Тренды включают:

Повышение эффективности:Разработка новых полупроводниковых материалов и структур (например, многоквантовые ямы) для извлечения большего количества фотонов на единицу входной электрической мощности, снижая тепловыделение.

Более высокая плотность мощности:Улучшения в конструкции корпусов для работы с более высокими токами и более эффективного отвода тепла, что позволяет создавать более компактные приборы с равной или большей мощностью.

Интегрированные решения:Объединение ИК-излучателя с драйверной ИС, фотодиодом или даже микроконтроллером в единый модуль для упрощения проектирования в приложениях с датчиками.

Диверсификация длин волн:Хотя 940 нм является распространенной (невидима, хорошо подходит для кремниевых детекторов), другие длины волн, такие как 850 нм (слегка видимое красное свечение) или 1050 нм, используются для специфических применений, таких как отслеживание взгляда или более длинная атмосферная передача.

LTE-5228A представляет собой зрелый, высоконадежный компонент в этой области, оптимизированный для надежной работы в жестких условиях, а не для абсолютной передовой эффективности.