光電斷路器 LTH-301-05 規格書 - 非接觸式開關

1. 產品概覽
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
2.2 電氣及光學特性
2.2.1 輸入（紅外線LED）特性
2.2.2 輸出（光電晶體管）特性
2.2.3 耦合器（組合）特性
3. 機械及封裝資料
3.1 封裝尺寸
3.2 極性識別
4. 焊接及組裝指引
5. 應用建議
5.1 典型應用場景
5.2 設計考慮因素
6. 工作原理
7. 性能曲線分析
8. 基於技術參數嘅常見問題
9. 實用設計及使用案例
10. 發展趨勢

1. 產品概覽

LTH-301-05 係一款反射式光電斷路器，屬於光電元件嘅一種，將一個紅外線發光二極管（IR LED）同一個光電晶體管整合喺一個緊湊嘅封裝內。佢嘅主要功能係無需物理接觸就能夠檢測物件嘅存在與否，因此係一種非接觸式開關。呢個裝置嘅核心優勢在於佢嘅可靠性同耐用性，因為佢消除咗傳統開關相關嘅機械磨損。佢設計用於直接安裝喺印刷電路板（PCB）上，或者配合雙列直插式插座使用，提供組裝上嘅靈活性。快速嘅開關速度令佢適合需要快速檢測嘅應用，例如打印機、影印機、自動販賣機同工業自動化設備中需要位置感應、物件計數或邊緣檢測嘅場合。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

呢啲額定值定義咗可能導致裝置永久損壞嘅極限。佢哋唔係用於連續操作。關鍵參數包括：

紅外線二極管連續正向電流（I_F)）：60 mA。呢個係可以流經LED嘅最大穩態電流。
紅外線二極管峰值正向電流：1 A（適用於每秒300個脈衝、寬度為10 μs嘅脈衝）。呢個允許短暫、高強度嘅脈衝，以增強信號檢測。
光電晶體管集電極電流（I_C)）：20 mA。輸出晶體管可以處理嘅最大電流。
光電晶體管集電極-發射極電壓（V_CEO)）：30 V。可以施加喺光電晶體管集電極同發射極之間嘅最大電壓。
工作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。呢個定義咗可靠操作嘅環境溫度範圍。
引腳焊接溫度：距離外殼1.6mm處，260°C持續5秒。呢個對於組裝以防止熱損壞至關重要。

2.2 電氣及光學特性

呢啲參數喺環境溫度（T_A）為25°C時測量，定義咗裝置嘅典型性能。

2.2.1 輸入（紅外線LED）特性

正向電壓（V_F)）：喺正向電流（I_F）為20 mA時，通常為1.2V至1.6V。呢個係LED點亮時嘅壓降。
反向電流（I_R)）：喺反向電壓（V_R）為5V時，最大100 μA。呢個表示LED反向偏置時嘅小漏電流。

2.2.2 輸出（光電晶體管）特性

集電極-發射極擊穿電壓（V_(BR)CEO)）：最小30V。當基極開路時，晶體管擊穿嘅電壓。
集電極-發射極暗電流（I_CEO)）：喺V_CE=10V時，最大100 nA。呢個係無光照射時（即關閉狀態電流）光電晶體管嘅漏電流。一個低數值對於開關狀態之間嘅良好對比度係理想嘅。

2.2.3 耦合器（組合）特性

呢啲參數描述咗LED同光電晶體管一齊工作時嘅行為。

集電極-發射極飽和電壓（V_CE(SAT))）：當光電晶體管完全導通時（I_C=0.25mA，I_F=20mA），最大0.4V。低飽和電壓對於數字邏輯接口係好嘅。
導通狀態集電極電流（I_C(ON))）：當LED被驅動時（I_F=20mA）同V_CE=5V，最小0.5 mA。呢個係產生嘅光電流，決定輸出信號強度。
響應時間：呢個定義咗輸出對輸入光變化嘅反應速度。
- 上升時間（t_r)）：通常3 μs，最大15 μs。當LED開啟時，輸出電流從其最終值嘅10%上升到90%所需嘅時間。
- 下降時間（t_f)）：通常4 μs，最大20 μs。當LED關閉時，輸出電流從其初始值嘅90%下降到10%所需嘅時間。

3. 機械及封裝資料

3.1 封裝尺寸

該裝置採用標準嘅通孔封裝，具有四個引腳。確切尺寸喺規格書圖紙中提供。關鍵注意事項包括：

所有尺寸均以毫米為單位，括號內為英寸。
除非有特別註明，否則標準公差為±0.25mm（±0.010"）。
封裝設計用於喺波峰焊接或手工焊接過程中保持穩定。

3.2 極性識別

正確嘅方向至關重要。規格書圖表清楚標示咗紅外線LED嘅陽極同陰極引腳，以及光電晶體管嘅集電極同發射極引腳。錯誤安裝裝置可能導致無法操作或永久損壞。

4. 焊接及組裝指引

正確處理確保裝置嘅可靠性同耐用性。

焊接：引腳可以喺最高260°C嘅溫度下焊接，但呢個熱量只應施加最多5秒。保持指定距離（距離塑膠外殼主體1.6mm / 0.063"）以防止封裝熔化或變形係至關重要嘅。
清潔：使用與裝置塑膠材料相容嘅適當溶劑。避免使用可能導致內部應力或破裂嘅特定頻率進行超聲波清洗。
儲存條件：為保持性能，將裝置儲存喺溫度範圍為-40°C至+100°C且濕度低嘅環境中，最好使用防靜電包裝以防止靜電放電（ESD）損壞。

5. 應用建議

5.1 典型應用場景

打印機/影印機中嘅紙張檢測：檢測卡紙、紙張用完或多張進紙情況。
物件計數：計算輸送帶上或通過滑槽嘅物品。
位置/速度感應：檢測編碼器輪上嘅槽以確定馬達嘅旋轉位置或速度。
自動販賣機：驗證硬幣通過或產品分發。
安全系統：作為用於入侵檢測嘅光束中斷感應器嘅一部分。

5.2 設計考慮因素

LED限流：始終使用與紅外線LED串聯嘅電阻器來限制正向電流（I_F）到一個安全值，通常喺10mA同20mA之間，以平衡輸出信號強度同裝置壽命。電阻值可以使用 R = (V_CC- V_F) / I_F.
計算。光電晶體管偏置_CC：通常喺光電晶體管嘅集電極同正電源電壓（V
）之間連接一個上拉電阻。發射極接地。呢個電阻嘅值（通常喺1kΩ同10kΩ之間）同電源電壓決定咗輸出電壓擺幅同響應速度。較小嘅電阻提供更快嘅響應，但輸出電壓擺幅較低（並且導通時功耗較高）。抗環境光能力
：由於裝置使用紅外線，佢對可見環境光有一定嘅抵抗力。然而，強嘅紅外線輻射源（如陽光或白熾燈泡）可能導致誤觸發。使用調製嘅紅外線信號同解調電路可以大大提高抗噪能力。間隙同反射率

：感應距離同信號強度取決於目標物件嘅反射率以及感應器同物件之間間隙嘅寬度。深色、非反射性物件會產生較弱嘅信號。

6. 工作原理

LTH-301-05 基於一個簡單嘅光學原理運作。內部嘅紅外線LED發射一束紅外線。LED對面係一個光電晶體管。喺未被阻斷嘅狀態下，呢束光穿過一個小間隙並照射到光電晶體管上，使其導通（開啟）。當一個物件插入呢個間隙時，佢阻斷咗紅外線。由於無光照射到光電晶體管，佢停止導通（關閉）。外部電路檢測到光電晶體管電氣狀態嘅呢個變化（從導通到非導通，或反之亦然），從而記錄物件嘅存在。光電晶體管基本上充當一個由光強度控制嘅電流源。

7. 性能曲線分析

規格書包含典型嘅特性曲線，對於詳細設計分析非常寶貴。雖然具體圖表未喺文本中複製，但佢哋通常說明以下關係：_FLED嘅正向電流與正向電壓（I_F-V）關係
：顯示非線性關係，有助於確定唔同工作電流下嘅確切壓降。_C光電晶體管嘅集電極電流與集電極-發射極電壓（I_CE-V）關係
：喺唔同入射光水平（或唔同LED驅動電流）下，呢啲曲線顯示晶體管嘅輸出特性，類似於雙極性晶體管嘅輸出曲線。_C集電極電流與正向電流（I_F)-I_C）關係_F：呢個傳輸特性曲線至關重要。佢顯示輸出光電流（I
）如何隨輸入LED電流（I）變化。佢定義咗電流傳輸比（CTR），呢個係耦合器嘅一個關鍵效率參數。_F溫度依賴性_CEO：曲線通常顯示參數如正向電壓（V_{）、暗電流（I}）同導通狀態電流（I

C(ON)

）如何隨環境溫度變化。對於設計喺寬溫度範圍內運作嘅系統至關重要。8. 基於技術參數嘅常見問題_F問：典型嘅感應距離係幾多？_{答：感應距離唔係規格書中嘅單一固定值。佢取決於槽嘅特定機械設計、LED嘅驅動電流（I}）、接收電路嘅靈敏度以及阻斷物件嘅反射率。設計師必須根據I
C(ON)參數同應用設置來確定呢個距離。_F問：我可以直接用微控制器引腳驅動LED嗎？
答：可能可以，但你必須檢查兩件事：a) 微控制器引腳嘅最大電流供應能力必須大於你所需嘅I（例如，20mA）。b) 你必須按照設計考慮因素中所述，串聯一個限流電阻。切勿將LED直接連接到電壓源。_{問：我點樣將輸出與數字輸入接口連接？}答：最簡單嘅方法係喺集電極上使用一個上拉電阻。當光路暢通時，光電晶體管導通，將集電極電壓拉低（接近V_CCCE(SAT)
）。當光被阻斷時，晶體管關閉，上拉電阻將集電極電壓拉高（到V）。咁樣提供一個清晰嘅邏輯電平信號。
問：點解響應時間咁重要？答：快速嘅響應時間（微秒級）允許感應器檢測非常快速移動嘅物件或快速連續事件而唔會漏計數。呢個喺高速機械、編碼器應用或使用脈衝光嘅通信系統中係必不可少嘅。

問：如果我超過絕對最大額定值會點？

答：超過呢啲限制，即使係短暫嘅，都可能導致裝置立即或潛在損壞。呢個可能包括LED光輸出嘅退化、光電晶體管中暗電流嘅增加，或完全失效（開路或短路）。設計時應始終留有安全餘量。

9. 實用設計及使用案例

案例：小型直流馬達嘅RPM測量

一位設計師需要測量馬達軸嘅轉速。佢將一個小型開槽圓盤安裝到軸上。LTH-301-05 安裝喺度，令圓盤喺其感應間隙中旋轉。每當一個槽通過間隙時，光就會到達光電晶體管，導致輸出中產生一個脈衝。LED通過一個電阻器以恆定15mA電流驅動。光電晶體管集電極通過一個4.7kΩ上拉電阻連接到5V電源，同時連接到微控制器嘅具有中斷能力嘅輸入引腳。

微控制器固件被編程為計算喺固定時間窗口（例如，一秒）內接收到嘅脈衝數量（上升沿或下降沿）。由於圓盤有，例如，20個槽，每秒脈衝數除以20就得出每秒轉數，可以輕鬆轉換為RPM。感應器快速嘅上升同下降時間確保即使喺高馬達速度下，脈衝都係清晰且準確計數嘅，唔會因為感應器響應慢而漏掉邊沿。

10. 發展趨勢像 LTH-301-05 咁樣嘅光電斷路器代表咗一種成熟可靠嘅技術。目前光電感應器更廣泛領域嘅趨勢集中於：
微型化:
- ：開發更細小嘅表面貼裝器件（SMD）封裝，以節省現代電子產品中嘅電路板空間。
- 集成化
- ：內部集成LED嘅限流電阻。
封裝內包含施密特觸發器或比較器，以直接提供清晰嘅數字輸出，簡化接口電路。芯片上添加環境光抑制電路或調製/解調邏輯，以獲得卓越嘅抗噪能力。
增強性能：提高電流傳輸比（CTR）以降低功耗或增加感應距離，並進一步減少響應時間以用於超高速應用。

專業化

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語	單位/表示	通俗解釋	點解重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出嘅光通量，越高越慳電。	直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出嘅總光量，俗稱"光亮度"。	決定燈具夠唔夠光。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），例如120°	光強降至一半時嘅角度，決定光束闊窄。	影響光照範圍同均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），例如2700K/6500K	光嘅顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氣氛同適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色嘅能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，例如"5-step"	顏色一致性嘅量化指標，步數越細顏色越一致。	保證同一批燈具顏色冇差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（納米），例如620nm（紅）	彩色LED顏色對應嘅波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。	影響顯色性同顏色品質。

二、電氣參數

術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需嘅最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光嘅電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度同壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度同佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受嘅最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從芯片傳到焊點嘅阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），例如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片內部嘅實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED嘅"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（例如70%）	使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。	表徵長期使用後嘅亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色嘅變化程度。	影響照明場景嘅顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
芯片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	芯片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、硅酸鹽、氮化物	覆蓋喺藍光芯片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面嘅光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度同配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語	分檔內容	通俗解釋	目的
光通量分檔	代碼例如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔	代碼例如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落喺極細範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應嘅坐標範圍。	滿足唔同場景嘅色溫需求。

六、測試與認證

術語	標準/測試	通俗解釋	意義
LM-80	流明維持測試	喺恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。	提供科學嘅壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認嘅測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（例如鉛、汞）。	進入國際市場嘅准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品嘅能效同性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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