LTH-306-09S 光遮斷器規格書 - 機械開關替代方案 - 英文技術文件

1. 產品概覽

LTH-306-09S 係一款光遮斷器，屬於光電裝置，專門用嚟偵測光束被遮斷嘅情況。喺各種感應應用中，佢可以直接、固態式咁取代傳統嘅機械開關。佢嘅核心優勢在於非接觸式操作，可以消除機械磨損、接點彈跳同隨時間物理退化等問題。呢個特點令佢喺需要頻繁觸發，或者喺塵埃、濕氣或震動可能影響機械接點嘅環境中操作嘅應用上，表現出極高嘅可靠性。呢款裝置適用於廣泛嘅市場，包括工業自動化（位置感應、限位開關）、消費電子產品（打印機紙張偵測、光碟托盤感應）同安全系統（門鎖偵測）。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗裝置可能受到永久損壞嘅應力極限。喺呢啲條件下操作並唔保證正常。

• 輸入 LED：
  • 功耗：75 mW。呢個係 LED 喺指定環境溫度下可以處理嘅最大連續功率。
  • 峰值順向電流：1 A（脈衝條件下：300 pps，10 μs 脈衝寬度）。呢個額定值對於用短而高強度嘅脈衝驅動 LED 至關重要。
  • 連續順向電流：50 mA。可靠長期操作嘅最大直流電流。
  • 反向電壓：5 V。超過呢個值可能會損壞 LED 接面。
• 輸出光電晶體管：
  • 功耗：100 mW。
  • 集極-射極電壓 (V_CE)：30 V。可以施加喺集極同射極之間嘅最大電壓。
  • 射極-集極電壓：5 V。
  • 集極電流：20 mA。光電晶體管輸出可以吸入嘅最大電流。
• 環境：
  • 操作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。裝置正常功能嘅環境溫度範圍。
  • 儲存溫度範圍：-40°C 至 +100°C。
  • 引腳焊接溫度：260°C 持續 5 秒（適用於距離外殼 1.6mm 嘅引腳）。呢個定義咗迴流焊接溫度曲線嘅限制。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺環境溫度 (T_A) 為 25°C 時指定，定義咗裝置嘅典型性能。

• 輸入 LED 特性：
  • 順向電壓 (V_F)：喺順向電流 (I_F) 為 20 mA 時，通常為 1.2V 至 1.6V。呢個用嚟計算所需嘅限流電阻值：R_limit= (V_supply- V_F) / I_F.
  • 反向電流 (I_R)：喺反向電壓 5V 下，最大 100 μA。
• 輸出光電晶體管特性：
  • 集極-射極暗電流 (I_CEO)：喺 V_CE=10V 時，最大 100 nA。呢個係 LED 熄滅（冇光）時嘅漏電流。低數值對於良好嘅信噪比係理想嘅。
  • 集極-射極飽和電壓 (V_CE(SAT))：喺 I_C=0.25mA 同 I_F=20mA 時，通常為 0.4V。呢個係光電晶體管完全導通時嘅壓降。
  • 導通狀態集極電流 (I_C(ON))：喺 V_CE=5V 同 I_F=20mA 時，最小 0.5 mA。呢個指定咗光路冇受阻時嘅最小輸出電流。
• 耦合器特性：
  • 動作角度：8° 至 14°。呢個係一個關鍵參數，定義咗遮斷物體（例如槓桿臂）需要嘅角位移，以可靠地切換輸出狀態。較細嘅角度表示對移動嘅靈敏度更高。

3. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電氣/光學特性曲線。雖然文中冇提供具體圖表，但下面分析咗佢哋嘅標準用途。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I_F-V_F曲線)：呢個圖表顯示 LED 電流同電壓之間嘅非線性關係。佢幫助設計師理解 LED 嘅動態電阻，並確保穩定嘅電流驅動。
• 集極電流 vs. 集極-射極電壓 (I_C-V_CE曲線)：呢啲曲線，針對唔同嘅 LED 驅動電流 (I_F) 繪製，說明咗光電晶體管嘅輸出特性。佢哋顯示飽和區（I_C相對恆定）同線性/主動區，呢個對於模擬感應應用好重要。
• 電流傳輸比 (CTR) vs. 順向電流：CTR 係光電晶體管集極電流 (I_C) 同 LED 順向電流 (I_F) 嘅比率，通常以百分比表示。呢條曲線顯示效率點樣隨驅動電流變化，係優化驅動電路以獲得所需輸出擺幅嘅關鍵。
• 溫度依賴性曲線：顯示參數如 V_F、I_C(ON)同暗電流點樣隨環境溫度變化嘅圖表，對於設計喺指定溫度範圍內穩健運行嘅系統至關重要。

4. 機械及封裝資料

規格書包含封裝尺寸圖（此處冇複製）。關鍵嘅機械考量包括：

• 槽口尺寸：遮斷物體通過嘅關鍵間隙。佢嘅寬度同深度決定咗同目標物體嘅兼容性。
• 引腳間距同形狀：引腳佈局（可能係標準 4 腳配置：LED 陽極、陰極；光電晶體管集極、射極）同佢哋嘅間距對於 PCB 佔位面積設計好重要。
• 整體封裝尺寸：外部長度、寬度同高度限制咗裝置喺組件內嘅放置。
• 極性識別：封裝會有標記（例如一點或斜邊）嚟識別第 1 腳，必須正確對齊 PCB 佔位面積。
• 自訂槓桿臂：一個值得注意嘅特點係能夠設計連接到遮斷物體嘅自訂槓桿臂，令感應器可以適應特定嘅機械運動，增加其應用靈活性。

5. 焊接及組裝指引

正確處理對於可靠性至關重要。

• 迴流焊接：指定限制為 260°C 持續 5 秒，測量點距離封裝主體 1.6mm。呢個同典型嘅無鉛迴流溫度曲線一致。設計師必須確保其迴流爐嘅熱曲線唔超過呢個限制，以防止內部環氧樹脂或半導體接面受損。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，應該使用溫控烙鐵，並且每個引腳嘅焊接時間應該最小化（通常 < 3 秒）。
• 清潔：使用適當、非腐蝕性嘅清潔劑，要同裝置嘅塑膠封裝兼容。
• 儲存條件：喺指定嘅 -40°C 至 +100°C 範圍內，儲存喺乾燥、防靜電嘅環境中，以防止吸濕（可能導致迴流時爆米花現象）同靜電放電 (ESD) 損壞。

6. 應用建議及設計考量

6.1 典型應用電路

最常見嘅配置係數碼開關。LED 用恆定電流驅動（例如，通過串聯電阻 20mA）。光電晶體管集極連接上拉電阻 (R_pull-up) 到邏輯電源電壓（例如 5V），射極接地。輸出信號取自集極節點。

• 光束冇受阻（物體唔存在）：光照射到光電晶體管基極，令其導通。集極電壓被拉低（接近 V_CE(SAT)）。
• 光束受阻（物體存在）：光電晶體管關閉。上拉電阻將集極電壓拉高（到電源電壓）。

R_pull-up嘅數值係一個權衡：較低嘅數值提供更快嘅上升時間同更好嘅抗噪能力，但當輸出為低電平時會消耗更多電流。應該根據所需嘅切換速度同後續邏輯級嘅輸入特性嚟選擇。

6.2 設計考量

• LED 電流選擇：喺典型嘅 20mA 下操作提供良好嘅輸出電流。較低嘅電流節省電力，但會降低 I_C(ON)同噪聲容限。唔好超過連續順向電流額定值。
• 環境光抗擾度：裝置對其內部 LED 嘅特定波長敏感。然而，喺有強烈環境光（尤其係含有紅外線嘅陽光）嘅環境中，使用調製（脈衝）LED 驅動信號，並喺接收電路中進行同步檢測，可以大大改善抗擾度。
• 響應時間：切換速度（上升/下降時間）受光電晶體管嘅電容同上拉電阻值限制。對於高速應用，如果有嘅話，請參考特定嘅動態特性圖。
• 物體特性：遮斷物體嘅不透明度、厚度同顏色會影響被阻擋嘅光量。為咗可靠操作，物體應該足夠唔透明，以將光電晶體管電流降低到低於其關閉狀態嘅閾值。
• 對準：為咗操作一致，物體喺感應器槽口內嘅精確機械對準係必要嘅，特別係考慮到定義嘅動作角度。

7. 技術比較及優勢

同機械微動開關相比，LTH-306-09S 光遮斷器提供幾個關鍵優勢：

• 壽命及可靠性：冇活動接點會磨損、產生電弧或氧化。壽命通常長幾個數量級。
• 高速操作：可以比機械開關切換得快得多，機械開關受接點彈跳同機械慣性限制。
• 性能一致：接觸電阻唔係一個因素。輸出特性隨時間保持穩定。
• 環境密封：同帶有外部致動器嘅機械開關相比，塑膠封裝可以更容易密封以防塵同濕氣。
• 靜音操作：完全靜音，唔似機械開關嘅可聽咔嗒聲。

權衡之處在於需要支援電子元件（LED 嘅電流源同上拉電阻）以及對極端環境光或光路污染嘅潛在敏感性。

8. 常見問題（基於技術參數）

• 問：我可以直接用 5V 微控制器引腳驅動 LED 嗎？答：唔可以。你必須使用限流電阻。例如，V_CC=5V，V_F~1.4V，同期望 I_F=20mA：R = (5V - 1.4V) / 0.02A = 180Ω。通常用 180Ω 或 220Ω 電阻。
• 問：動作角度8-14 度對我嘅設計意味住乜嘢？答：意思係遮斷光束嘅物理槓桿或旗標，當佢通過槽口時，必須旋轉或移動至少 8 度（通常最多 14 度），以保證從導通狀態可靠切換到關閉狀態。你嘅機械設計必須確保呢個角度行程。
• 問：輸出集極電流 (I_C(ON)) 最小只有 0.5mA。夠唔夠驅動邏輯輸入？答：夠，對於標準 CMOS 或 TTL 邏輯輸入，佢哋有非常高嘅輸入阻抗（只需要微安級電流），0.5mA 嘅吸入能力綽綽有餘。電平（低電平 = ~0.4V）先係關鍵參數。
• 問：我點樣保護裝置免受電源線上嘅電壓尖峰影響？答：喺裝置附近使用標準板級去耦電容（例如 100nF 陶瓷電容）。對於惡劣環境，可以考慮喺電源軌上增加瞬態電壓抑制 (TVS) 二極管。

9. 實際應用例子

• 打印機紙張偵測：連接到紙盤槓桿嘅旗標旋轉通過光遮斷器嘅槽口。當有紙時，旗標處於一個位置（光束冇受阻）；當冇紙時，佢移動到另一個位置（光束受阻），向控制系統發出信號。
• 工業輸送帶物體計數：輸送帶上嘅物體通過配備光遮斷器嘅閘門。每個物體遮斷光束，產生一個脈衝，由 PLC 或微控制器計數。
• 安全門聯鎖：光遮斷器安裝喺門框上，一個凸片安裝喺門上。當門正確關閉時，凸片進入槽口，允許光束通過並發出安全狀態信號。如果門打開，光束被阻擋，發出不安全狀態信號，可以停用機械。
• 旋轉編碼器圓盤感應：連接到電機軸嘅開槽圓盤喺發射器同檢測器之間旋轉。當槽口通過時產生嘅一系列光脈衝用嚟確定速度同位置。

10. 工作原理

光遮斷器係一種光耦合器，其發射器同檢測器之間有物理間隙。佢由一邊嘅紅外發光二極管 (LED) 同另一邊嘅矽光電晶體管組成，對齊喺一個開放槽口兩側。當電流施加到 LED 時，佢發射紅外光。呢啲光穿過間隙並照射到光電晶體管嘅基極區域。光子喺基極產生電子-空穴對，有效地充當基極電流。呢個光生電流然後被晶體管嘅增益放大，允許更大嘅集極電流流動。當唔透明物體進入槽口時，佢阻斷光路。光生基極電流停止，關閉光電晶體管並停止集極電流。因此，槽口中物體嘅存在與否數碼式控制輸出光電晶體管嘅導電性。

11. 技術趨勢

光遮斷器嘅基本技術已經成熟。當前趨勢集中於集成同小型化。裝置嘅封裝尺寸變得越來越細（SMD 類型），同時保持或提高性能。仲有一個趨勢係喺芯片上集成額外電路，例如用於滯後嘅施密特觸發器（提供乾淨嘅數碼切換而無需外部元件）、用於模擬輸出嘅放大器，甚至完整嘅數碼接口 (I2C)。呢啲減少咗外部元件數量並簡化咗設計。此外，具有更高靈敏度嘅裝置允許用更低嘅 LED 電流操作，降低整體系統功耗，呢個對於電池供電應用至關重要。光路材料（透鏡、濾光片）嘅發展亦持續改善環境光抑制同感應精度。