HIR333/H0 5mm 红外发光二极管规格书 - 5mm直径 - 1.45V正向电压 - 850nm波长 - 150mW功耗

1. 产品概述

HIR333/H0是一款高强度的红外发射二极管，采用标准的T-1 3/4（5mm）直插式封装，并配有黄色塑料透镜。该器件专为在红外传感和通信系统中提供可靠性能而设计。其主要功能是发射峰值波长为850nm的红外光，该波长经过光谱优化，可与常见硅基光电探测器（如光电晶体管、光电二极管和集成红外接收模块）兼容。该产品设计注重高可靠性和稳定的输出性能。

1.1 核心优势与目标市场

该元件的关键优势包括其高辐射强度（可实现强信号传输）和低正向电压（有助于节能运行）。它采用无铅材料制造，并符合主要的环境和安全指令，包括RoHS、欧盟REACH和无卤标准（Br < 900ppm，Cl < 900ppm，Br+Cl < 1500ppm）。这些特性使其适用于广泛的商业和工业红外应用，在这些应用中，法规遵从性和长期可靠性至关重要。目标市场包括安防系统、遥控器、光电开关、物体检测传感器以及需要不可见光源的各种消费电子产品的制造商。

2. 深入技术参数分析

本节详细分解了定义LED工作边界和性能的电气、光学和热学规格。

2.1 绝对最大额定值

绝对最大额定值定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。这些额定值绝不可超过，即使是瞬间超过。为确保可靠性能，应在推荐的工作条件范围内运行。

• 连续正向电流（I_F)）：100 mA。这是可以持续施加到LED上的最大直流电流。
• 峰值正向电流（I_FP)）：1.0 A。此高电流仅在脉冲宽度≤100μs且占空比≤1%的脉冲条件下允许，以防止过热。
• 反向电压（V_R)）：5 V。超过此反向偏置电压可能导致结击穿。
• 功耗（P_d)）：在25°C或更低的自在空气温度下为150 mW。此额定值随环境温度升高而降低。
• 温度范围：工作温度：-40°C 至 +85°C；存储温度：-40°C 至 +100°C。
• 焊接温度（T_sol)）：最高260°C，持续时间不超过5秒，定义了波峰焊或回流焊工艺的极限。

2.2 电光特性

电光特性是在环境温度（T_a）为25°C的标准测试条件下规定的。这些参数定义了器件的典型性能。

• 辐射强度（I_e)）：这是每单位立体角发射的光功率，以毫瓦每球面度（mW/sr）为单位测量。在正向电流（I_F）为20mA时，典型值为15 mW/sr。在100mA的脉冲电流下，辐射强度可达80 mW/sr。
• 峰值波长（λ_p)）：850 nm（典型值）。这是光输出功率达到最大值时的波长。该波长对人眼不可见，但能被硅传感器有效检测。
• 光谱带宽（Δλ））：45 nm（典型值）。这表示LED发射的波长范围，以最大强度的一半（半高全宽 - FWHM）测量。
• 正向电压（V_F)）：在I_F=20mA时，典型值为1.45V，最大值为1.65V。在I_F=100mA（脉冲）时，典型V_F升至1.80V，最大值为2.40V。
• 反向电流（I_R)）：在V_R=5V时，最大为10 μA，表明关断状态下漏电流非常低。
• 视角（2θ_1/2)）：30度（典型值）。这是辐射强度下降到中心（0°）值一半时的全角。30°的角度提供了中等聚焦的光束。

3. 分档系统说明

LED的辐射强度被分选到不同的档位或等级中，以确保最终用户的一致性。分档是在I_F= 20mA的标准测试条件下进行的。可用档位由字母代码（M、N、P、Q、R）定义，并对应最小和最大辐射强度值。这使得设计人员可以选择满足其特定灵敏度或距离要求的元件。例如，选择‘P’档可保证最小辐射强度为15.0 mW/sr，最大为24.0 mW/sr。对于此特定型号，规格书未显示波长（色调）或正向电压（REF）的单独分档，但标签规格表明这些参数在制造过程中会被跟踪。

4. 性能曲线分析

典型性能曲线直观地展示了器件在不同条件下的行为，这对于电路设计和热管理至关重要。

4.1 正向电流与环境温度关系

此降额曲线显示了最大允许连续正向电流如何随着环境温度升高超过25°C而降低。为确保结温保持在安全限值内并维持长期可靠性，必须在高温环境中降低工作电流。设计人员在机箱内或环境温度升高的情况下操作LED时，必须参考此曲线。

4.2 光谱分布

光谱分布图绘制了相对辐射强度与波长的关系。它直观地确认了850nm的峰值波长和大约45nm的光谱带宽。该曲线是GaAlAs（砷化镓铝）半导体材料的特征。狭窄且明确的峰值确保与可见光重叠最小，并与在800-900nm附近具有峰值灵敏度的硅探测器实现最佳耦合。

4.3 辐射强度与正向电流关系

此曲线说明了驱动电流与光输出之间的关系。辐射强度在较低电流水平下随电流超线性增加，在较高电流下趋于更线性，最终由于热效应导致内部效率下降而饱和。脉冲条件（100mA）下的曲线显示出比直流条件显著更高的输出，突显了脉冲操作在实现高峰值强度而无热损伤方面的优势。

4.4 相对辐射强度与角位移关系

此极坐标图描绘了LED的空间发射模式。它显示了当视角偏离中心轴（0°）时，光强如何减弱。对于此类封装，其模式大致为朗伯型，在半角点（约±15°）处的强度为轴向强度的50%，从而定义了30°的视角。

5. 机械与封装信息

该器件采用标准的5mm（T-1 3/4）径向引线封装。引线具有标准的2.54mm（0.1英寸）间距，与常见的穿孔原型板和PCB布局兼容。封装尺寸图提供了关键尺寸，包括总直径、透镜高度、引线长度和引线直径。主体由黄色塑料模制而成，该塑料对850nm红外光是透明的，但呈现颜色以助于视觉识别并与可见光LED区分。阴极通常通过透镜边缘的平点或较短的引线来识别。除非另有说明，所有尺寸的标准公差为±0.25mm。

6. 焊接与组装指南

组装过程中的正确处理对于防止LED受到机械或热损伤至关重要。

6.1 引线成型

如果需要弯曲引线，必须在距离环氧树脂灯珠根部至少3mm处进行。成型应始终在焊接前、室温下进行，并注意避免直接对环氧树脂主体施加应力，否则可能导致封装破裂或损坏内部键合线。PCB孔必须与LED引线精确对齐，以避免安装应力。

6.2 存储

LED应存储在阴凉、干燥的环境中（≤30°C，相对湿度≤70%）。建议的运输后存储寿命为3个月。对于更长时间的存储（最长一年），应将元件保存在带有干燥剂的密封防潮袋中，最好在氮气气氛中，以防止吸湿和在焊接过程中可能出现的“爆米花”现象。

6.3 焊接工艺

焊点与环氧树脂灯珠之间必须保持至少3mm的最小距离。推荐的焊接参数如下：
手工焊接：烙铁头温度≤300°C（针对最大30W烙铁），每根引线焊接时间≤3秒。
波峰焊/浸焊：预热温度≤100°C，时间≤60秒；焊锡槽温度≤260°C，时间≤5秒。
提供的焊接温度曲线图建议快速升温、一个平台（浸润）区、在260°C的短暂峰值以及受控的冷却。应避免快速冷却或热冲击。不建议进行二次焊接（超过一次的浸焊或手工焊接循环）。

6.4 清洗

如果焊接后需要清洗，请在室温下使用异丙醇，时间不超过一分钟。除非其效果（功率、频率、持续时间）已在样品组件上经过充分预验证，否则请勿使用超声波清洗，因为超声波能量可能损坏精密的内部半导体结构。

5.5 热管理

有效的热管理是关键的设计考虑因素。150mW的功耗额定值是在25°C下规定的。在实际应用中，实际耗散功率（V_F* I_F）必须随着环境温度的升高而降额，如降额曲线所示。对于在高电流或高环境温度下的连续运行，应考虑使用散热器、增加气流或采用脉冲驱动来降低平均结温并确保长期可靠性。

7. 包装与订购信息

LED采用防静电袋包装，以保护其免受静电放电（ESD）影响。这些袋子被放入内盒中，然后装入更大的外箱进行运输。典型的包装数量为每袋200-500件，每内盒5袋，每主外箱10个内盒。袋子上的标签包含用于追溯和识别的关键信息，包括客户产品编号（CPN）、制造商产品编号（P/N）、包装数量（QTY）和发光强度等级（CAT）。其他代码可能表示主波长等级（HUE）、正向电压等级（REF）、批号和日期代码。

8. 应用建议与设计考量

8.1 典型应用场景

• 红外遥控器：用作电视、音响和机顶盒遥控器的发射器。
• 接近与物体检测：与光电晶体管配对，以感测物体的存在、缺失或位置。
• 光电开关：用于槽型传感器（例如，打印机中的纸张检测）或反射式传感器。
• 安防系统：用于闭路电视摄像机的夜视照明，或作为红外入侵检测光束的一部分。
• 工业自动化：用于计数、对准和液位检测应用中的非接触式传感。

8.2 设计考量

• 限流：始终使用串联电阻或恒流驱动器将正向电流限制在所需值，该值根据电源电压和LED的正向电压计算得出。
• 脉冲操作：对于需要高峰值强度的应用（如远距离传感），使用具有适当占空比的脉冲驱动，以保持在峰值电流和平均功率额定值范围内。
• 光学设计：在设计透镜、孔径或光路时，请考虑30°的视角。对于更远的距离，可以使用外部透镜来准直光束。
• 探测器匹配：确保所选光电探测器（光电晶体管、光电二极管或接收器IC）在850nm区域具有高灵敏度。
• 抗环境光干扰：在具有强环境光（尤其是含有红外线的阳光）的环境中，使用调制（脉冲）红外信号并在接收器中进行同步检测，以将信号与背景噪声区分开。

9. 技术对比与差异化

与标准可见光LED相比，这款红外LED针对红外光谱输出进行了优化，采用的材料（GaAlAs）在850nm处提供高效率。其在红外LED类别中的关键差异化在于其相对较高的辐射强度（典型值15 mW/sr）和低正向电压（典型值1.45V）的结合，这可以降低电池供电设备的功耗。30°的视角在光束集中度和覆盖面积之间提供了良好的平衡。符合现代环境标准（RoHS、REACH、无卤）对于面向全球市场的产品来说是一个显著优势，消除了材料合规性的担忧。

10. 基于技术参数的常见问题解答

问：我可以直接用5V电源驱动这个LED吗？
答：不可以。您必须使用限流电阻。例如，使用5V电源，目标电流为20mA，并假设典型V_F为1.45V，则电阻值应为 R = (5V - 1.45V) / 0.02A = 177.5Ω。一个标准的180Ω电阻是合适的。

问：直流和脉冲辐射强度额定值有什么区别？
答：直流额定值（20mA时为15 mW/sr）适用于连续操作，此时热效应限制了输出。脉冲额定值（100mA时为80 mW/sr）之所以能够实现，是因为短暂的脉冲不会让结温显著升高，从而允许更高的瞬时电流，进而产生更高的光输出。

问：如何识别阴极？
答：在标准的5mm封装中，阴极通常通过两个特征来指示：1) 圆形塑料透镜边缘有一个平边。2) 阴极引线通常比阳极引线短。焊接前务必验证极性。

问：这个LED对ESD敏感吗？
答：与所有半导体器件一样，它可能因静电放电而损坏。它采用防静电包装提供，在组装过程中应采取适当的ESD预防措施进行处理。

11. 实际设计与使用案例

案例：设计一个简单的物体检测传感器
一个常见的应用是遮断式光束传感器。将HIR333/H0红外LED放置在路径的一侧，光电晶体管直接放置在对面。当物体从它们之间通过时，它会中断红外光束，导致光电晶体管的输出发生变化。对于此设计：
1. 使用简单的晶体管开关或微控制器GPIO引脚（带串联电阻）以20mA恒流驱动LED。
2. 为了提高抗噪能力和距离，以特定频率（例如38kHz）脉冲驱动LED，并使用带有内置38kHz滤波器的光电晶体管模块。
3. 考虑到30°的发射锥角，仔细对准LED和探测器。对于更长的间隙，可考虑在LED前添加一个管或准直透镜来收窄光束。
4. 将传感器远离直射阳光或其他强红外光源，以防止误触发。

12. 工作原理简介

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体p-n结二极管。当施加正向电压时，来自n区的电子和来自p区的空穴被注入到结区。当这些载流子在有源区复合时，能量以光子（光）的形式释放。发射光的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量决定。HIR333/H0使用砷化镓铝（GaAlAs），其带隙对应于近红外光谱中的光子，具体在850纳米左右。黄色塑料封装经过掺杂，对该波长透明，同时阻挡可见光，并且它还充当主透镜来塑造输出光束。

13. 技术趋势与发展

红外LED技术的趋势继续朝着更高效率（每瓦电输入产生更多光输出）和更高功率密度发展。这使得光源可以更亮或设计更节能。在改变峰值波长方面也有发展；虽然850nm和940nm很常见，但其他波长正在针对特定应用（如气体传感或医疗诊断）进行优化。封装正在发展以支持自动化组装的表面贴装技术（SMD），尽管像5mm这样的直插式封装对于原型制作、维修和某些高可靠性应用仍然很受欢迎。集成是另一个趋势，红外LED与驱动器、调制器甚至探测器结合到单个模块中，以简化最终用户的系统设计。