LTH-306-01 光遮斷器規格書 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
2.2 電氣與光學特性
2.2.1 輸入端（紅外線LED）特性
2.2.2 輸出端（光電晶體）特性
2.2.3 耦合器（組合）特性
3. 性能曲線分析
4. 機械與封裝資訊
5. 焊接與組裝指南
6. 應用建議
6.1 典型應用電路
6.2 設計考量
7. 技術比較與差異化
8. 常見問題（FAQ）
9. 實際應用案例
10. 工作原理
11. 技術趨勢

1. 產品概述

LTH-306-01是一款緊湊型非接觸式光電開關，專為可靠的物體偵測與位置感測而設計。其核心功能基於一個紅外線發光二極體與一個光電晶體配對，封裝於單一元件內。當物體通過發射器與偵測器之間的縫隙時，會阻斷紅外線光束，導致光電晶體的輸出狀態發生變化。此原理實現了精確、無磨損的非接觸式開關功能。

本元件專為直接安裝於印刷電路板或標準雙列直插式插座而設計，提供極高的設計彈性。其主要優勢包括高速開關速度（對於高速計數與計時應用至關重要）以及非接觸特性，可消除機械磨損並確保長期可靠性。典型的目標市場包括工業自動化、消費性電子產品（如印表機、影印機）、安全系統以及販賣機，這些應用需要物體偵測、卡紙感測或槽口感測功能。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。在此條件下操作不保證正常運作。關鍵限制包括：

紅外線二極體連續順向電流（I_F)）：60 mA。這是可持續施加於LED的最大直流電流。
紅外線二極體峰值順向電流：在每秒300個脈衝、脈衝寬度10 μs的條件下為1 A。這允許使用短暫的高強度脈衝來增強訊號偵測能力。
光電晶體集極-射極電壓（V_CEO)）：30 V。可施加於集極與射極接腳之間的最大電壓。
操作溫度範圍：-25°C 至 +85°C。指定了可靠運作的環境溫度範圍。
接腳焊接溫度：距離外殼1.6mm處，260°C持續5秒。這對於PCB組裝製程至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在環境溫度（T_A）為25°C下指定，定義了元件在正常操作條件下的典型性能。

2.2.1 輸入端（紅外線LED）特性

順向電壓（V_F)）：在順向電流（I_F）為20 mA時，典型值為1.2V至1.6V。此值用於計算LED驅動電路的限流電阻值。
逆向電流（I_R)）：在逆向電壓（V_R）為5V時，最大值為100 μA。這表示LED在逆向偏壓時的漏電流。

2.2.2 輸出端（光電晶體）特性

集極-射極崩潰電壓（V_(BR)CEO)）：最小值30V。確保電晶體能承受指定的集極-射極電壓。
集極-射極暗電流（I_CEO)）：在V_CE=10V時，最大值為100 nA。這是LED關閉（無光）時的漏電流，會影響關斷狀態的訊號位準。

2.2.3 耦合器（組合）特性

導通狀態集極電流（I_C(ON))）：在V_CE=5V且I_F=20mA時，最小值為5.0 mA。這是LED完全點亮且無遮擋時光電晶體的輸出電流，代表其靈敏度。
集極-射極飽和電壓（V_CE(SAT))）：在I_C=2.5mA且I_F=20mA時，最大值為0.4V。當光電晶體用作飽和模式的開關時，低飽和電壓是理想的，可最小化電壓降。
響應時間：在指定的測試條件下（V_r=5V，I_f=2mA，R_CE=100Ω），上升時間（t_C）典型值為3-15 μs，下降時間（t_L）典型值為4-20 μs。這些參數定義了元件的開關速度與頻寬，對於偵測快速移動的物體至關重要。

3. 性能曲線分析

規格書中參考了典型的電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類元件的標準曲線通常包括：

紅外線LED的順向電流 vs. 順向電壓（I_F-V_F）曲線：顯示非線性關係，有助於確定工作點。
光電晶體的集極電流 vs. 集極-射極電壓（I_C-V_CE）曲線：在不同輻照度（LED電流）下，顯示輸出電晶體的行為，類似於雙極性電晶體的輸出特性。
電流傳輸比（CTR） vs. 順向電流曲線：CTR是光電晶體集極電流（I_C）與LED順向電流（I_F）的比值。此曲線顯示效率如何隨驅動電流變化。
暗電流（I_CEO）與導通狀態電流（I_C(ON))）的溫度相依性曲線

：說明性能如何隨環境溫度變化而退化或改變，這對於在指定操作範圍內設計穩定系統至關重要。

這些曲線對於設計人員優化工作點、確保訊號在溫度變化下的完整性以及理解元件的限制至關重要。

4. 機械與封裝資訊

LTH-306-01專為PCB或插座安裝而設計。封裝尺寸在規格書中以公釐（及英吋）提供。關鍵機械注意事項包括：
除非尺寸圖上另有說明，否則適用±0.25mm（±0.010"）的標準公差。
封裝為模製主體，紅外線發射器與光電晶體之間具有精確縫隙。此縫隙的確切尺寸、整體高度、寬度、長度以及接腳間距，對於將元件機械整合到最終產品中至關重要。

接腳通常由可焊接材料製成，並成型為適合穿孔安裝。

極性識別至關重要。元件上會有標記（例如圓點、凹口或不同的接腳長度）來識別紅外線LED的陽極與陰極，以及光電晶體的集極與射極。錯誤的極性連接可能損壞元件。

5. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值指定接腳焊接溫度為260°C，最長持續時間為5秒，測量點距離塑膠外殼1.6mm（0.063"）。這是波峰焊或手工焊接製程的關鍵參數。

建議：迴流焊

：若使用迴流焊，必須仔細控制溫度曲線，以確保本體溫度不超過最高儲存溫度（100°C），且接腳不會長時間承受過高熱量。指定的260°C/5秒限制是制定迴流焊曲線的關鍵參考點。手工焊接

：使用溫控烙鐵。快速有效地對接腳/焊盤接點加熱，以最小化熱量傳遞到元件本體。每個接腳的加熱時間不得超過5秒限制。清潔

：使用與封裝材料相容的清潔溶劑，以避免損壞。儲存條件

：在指定的儲存溫度範圍-40°C至+100°C內，儲存於乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕（可能導致迴流焊時產生爆米花現象）和其他劣化。

6. 應用建議

6.1 典型應用電路

基本應用電路包括：LED驅動電路_{：一個與紅外線LED串聯的限流電阻。電阻值（R}limit_F）計算公式為（電源電壓 - V_F）/ I_F。對於5V電源且I_F=20mA，V_{約1.4V，則R}limit
≈ (5-1.4)/0.02 = 180Ω。光電晶體輸出電路
- ：光電晶體可用於兩種常見配置：開關模式（飽和）_{：將一個上拉電阻從集極連接到正電源（例如5V）。射極接地。當光線照射到電晶體時，它會完全導通（飽和），將集極電壓拉低（接近V}CE(SAT)
- ）。當光線被阻擋時，電晶體關斷，集極電壓被電阻拉高。輸出為數位訊號。線性模式

：將光電晶體用於共射極放大器配置，並搭配集極電阻。輸出電壓隨接收到的光強度線性變化，適用於類比感測。

6.2 設計考量抗環境光干擾
：本元件使用調變的紅外線光，但強烈的環境紅外線光源（陽光、白熾燈泡）可能導致誤觸發。使用脈衝LED驅動與同步偵測，或添加光學濾波器，可以提高抗干擾能力。物體特性
：偵測可靠性取決於物體對紅外線波長的不透明度。非常薄或半透明的材料可能無法完全阻斷光束。對準
：物體路徑與感測器縫隙的精確機械對準對於穩定運作是必要的。速度
：確保物體速度與系統所需的響應時間與元件的上升/下降時間（微秒級）相容。電氣雜訊

：在嘈雜的環境中，保持訊號走線短，在元件附近使用旁路電容，並考慮屏蔽。

7. 技術比較與差異化

與機械微動開關相比，LTH-306-01具有明顯優勢：無接觸彈跳、無機械磨損、開關速度更快，以及在數百萬次循環中具有更高的可靠性。與其他光學感測器（如反射式感測器）相比，透射式光遮斷器（槽式耦合器）通常更能抵抗物體表面反射率和顏色的變化，僅基於光束阻斷提供更一致的開/關訊號。_{其在光遮斷器類別中的關鍵差異化因素包括其特定的封裝尺寸（實現緊湊設計）、電氣特性（由I}C(ON)_r定義的靈敏度，由t_f/t

定義的速度）以及其堅固的焊接與操作溫度規格。

8. 常見問題（FAQ）

問：此元件的典型使用壽命是多久？

答：作為一種無活動部件的固態元件，其壽命主要取決於LED的輸出逐漸退化。在規格範圍內操作時，其壽命通常遠超過機械開關，通常額定為數十萬至數百萬次操作。

問：我可以用電壓源直接驅動LED嗎？

答：不行。LED必須由限流源驅動。將其直接連接到超過其順向電壓的電壓源會導致過大電流，可能損壞它。務必使用串聯限流電阻或恆流驅動器。_{問：如何解讀導通狀態集極電流（I}C(ON)

）的最小值？_CE答：這是在指定測試條件（V_F=5V，I

=20mA）下保證的最小輸出電流。在您的設計中，應確保您的電路（例如上拉電阻的值）能夠可靠地與此最小電流配合工作，以便在光束未被阻擋時產生有效的邏輯低電壓。

問：響應時間為微秒級。這對我的應用來說夠快嗎？

答：對於大多數物體計數、位置感測和紙張偵測應用，微秒級的響應綽綽有餘。例如，要偵測一個以1 m/s速度通過1mm縫隙的物體，阻斷時間為1ms（1000 μs），這遠長於元件的開關時間。對於極高速應用，請驗證所需的時序。

9. 實際應用案例

情境：印表機中的卡紙偵測

LTH-306-01可沿著紙張路徑放置。紙張通過縫隙時允許紅外線光束到達光電晶體，使其輸出保持在一種狀態（例如低電位）。如果發生卡紙，紙張停在縫隙中，阻斷光束並改變輸出狀態（例如高電位）。此訊號被傳送到印表機的微控制器，然後可以停止操作並提醒使用者。非接觸式感測確保了紙張或感測器無磨損，且快速的響應時間即使紙張快速移動也能進行偵測。

10. 工作原理_CLTH-306-01是一款透射式光學感測器。它在U形封裝的相對兩臂中包含兩個主要元件：一個紅外線發光二極體和一個矽NPN光電晶體。當紅外線LED以適當的電流順向偏壓時，會發射不可見的紅外線光。光電晶體設計為對此特定紅外線波長敏感。當它們之間的縫隙中沒有物體時，紅外線光直接照射到光電晶體的基極區域。此入射光產生電子-電洞對，充當基極電流，使電晶體導通，並允許顯著的集極電流（I_CEO）流動。當不透明物體進入縫隙時，它會阻斷光路。光電晶體接收不到（或大大減弱）光線，有效基極電流降至接近零，電晶體關斷，將集極電流降至非常低的漏電流位準（I

）。外部電路偵測此輸出電流/電壓的變化，以記錄物體存在事件。

11. 技術趨勢

光遮斷器等光電元件的領域持續發展。業界觀察到的一般趨勢包括：微型化
：開發更小的封裝尺寸和更低的高度，以適應日益緊湊的消費性和工業設備。增強整合度
：在晶片上整合額外電路，例如用於遲滯的施密特觸發器、內建限流電阻，甚至數位介面（I2C），簡化外部設計。性能提升
：更高的靈敏度（允許更低的LED驅動電流以節省功耗）、更快的響應時間以用於高速自動化，以及更好的溫度穩定性。注重電源效率
：設計支援極低工作週期的脈衝操作，以最小化平均功耗，這對於電池供電應用至關重要。穩健性

：提高對灰塵、濕度和機械衝擊等環境因素的抵抗力。

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	為什麼重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，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，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

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點亮所需的最小電壓，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正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，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）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，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），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晶片內部的實際工作溫度。	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的"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	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	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

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，確保顏色落在極小範圍內。	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，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

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	在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的壽命。	提供科學的壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

目錄