【经验】使用OP293，OP298 LED和OP593，OP598光电晶体管设计宽间隙光电开关

时间： 2018-08-23 来源：TT Electronics

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TT推出的光束中断开关应用于工业控制和计算机外围设备，如安装盒式磁带、磁盘驱动器上的门位置、输送机进料速率等。其使用一对有源元件（LED和传感器）来感应“不透明”物体对光路的中断。从速度和分辨率要求的角度来看，光电开关比编码器型开关更简单。光路的长度，性能，环境和成本的限制，都是设计开关时的考虑因素。本文旨在说明光路开关的主要设计要素，以及如何使用元件数据表的信息来选择和应用光学元件。

间隙

许多现成的光学元件一般应用于短间隙开关，因为在比较宽泛的驱动和安装条件下其固有的耦合特性可产生有效信号。随着间隙变宽，发射器和传感器之间的光耦合迅速下降，而优化性能的技术评估是至关重要的。 OP293/OP298 LED数据手册中的耦合曲线说明了信号强度和间隙宽度之间的关系。

图1 OP293/OP298 LED和OP593/OP598 光电晶体管的耦合特性和镜头尖端距离关系

由于透镜的差异导致了更宽的光束角，因此耦合距离快速下降。其他封装类型具有相似的耦合曲线，其比这一系列距离减小的更快些。

基本准则

为了确保产品应用范围更广、降低生产制造难度，必须引入一些容差。综合考虑了温度，寿命和电源电压的性能变化。

通常，容差与LED功率输出随时间的降低有关。从本质上讲，LED的效率随着使用而降低，并且与驱动电流和工作温度成正比。由于“黑盒”定义固定了温度范围，因此只能通过最小化驱动水平来降低退化能力。（“黑盒”由封装，电气原理图和一些环境条件定义）。

耦合对

开关设计的首要任务是选择一个元件对，它满足黑盒条件并将以优化长期性能的方式封装。封装方案将定义精确的透镜到透镜间距，光束对准精度以及决定功耗的元件散热条件。

图2是剖视图，其中元件安装在印刷电路板上并通过圆柱形塑料腔保持对准。拍片的镜片凹入腔体中。镜头到镜头间距的这种增加会略微降低耦合; 但是，气缸的开孔效应将限制部件的光束角度，并有助于减少反射或来自其他来源的光的感测。

部件的机械对准将主要取决于三个公差：（1）LED和传感器封装的直径。（2）圆柱形腔的尺寸。（3）壳体轴线的直线度或平坦度。

图2 开关的剖视图

电源要求

图3表明，在脉冲模式下，每摄氏度增加1％电流。这种设计的低电流要求将不会提供足够的热量来保证对该曲线的调整。温度灵敏度取决于晶体管的增益，并且可能会有很大差异。该曲线可用作本设计低温下的最差情况容差（25％）。

图3 集电极电流与环境温度关系图

最坏情况光轴未对准已经计算为4度。其效果可由图4估算，可见，OP598的窄波束使得该器件比OP593更灵敏。

图4 集电极电流与角位移关系图

与许多密封装置相比，OP598的模制光学元件非常一致。因此，光束模式图可以准确地表示性能，而并且不需要额外的公差。要找到基本的辐射功率要求，必须将数据手册的钨测试等级转换为反映晶体管对OP298的GaAIA发射敏感度的等级。图5显示了集电极电流如何随功率强度和使用的源类型的变化而变化。

图5 OP593/OP598集电极电流VS辐照曲线

LED驱动

OP298 LED的额定值与OP598光电晶体管相同，可在一组条件下确定性能限制。计算出的晶体管功率要求以及数据手册信息将用于确定OP298的最小驱动电流。我们可以在不知道如何操作的情况下应用于LED的公差包括：耦合与间隙宽度；IF与供应容差；轴未对准；环境温度的影响。

结论

应该牢记的是，在整个计算过程中，大多数最坏情况都是同时应用的，因此设计非常保守。该示例表明，在某些条件下，这些组件可以轻松应用于跨越几英寸的开关，而不会影响性能极限。OP598 / OP298特别适用于各种配置。

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全部评论（3）

春天里 Lv7. 资深专家 2019-06-04

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生逝如花草 Lv7. 资深专家 2018-10-27

好资料
守猪待兔 Lv7. 资深专家 2018-08-23

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产品型号	品类	Package	Collector-Emitter Voltage(V)	On-State Collector Current(mA)	Collector-Dark Current(nA、µA)	Peak Wavelength(nm)	Power Dissipation(mW)	Operating Temperature(℃)
OP505A	NPN Silicon Phototransistor	T-1	30V	5.95mA	100nA	935nm	100mW	-40℃~100℃