光遮断器-光电断续器原理

光断续器是什么？
光断续器又称为穿透型光电感应器,光遮断器,光电断续器,光电遮断器，也就是将发光组件与受光组件面对面排列并设置于同一封装内，利用检测物体通过时会遮光的原理便得以实现检测功能。ROHM将此种穿透型光电感应器称为断续器。
发光组件采用高输出功率及使用寿命长的GaAs红外线发光二极管，而受光组件则主要采用单只光电三极管或殊电IC。

图1 光断续器结构图

此种断续器大致可以分为2种，一种是外壳(Housing)插入型，另一种则是双重模铸型(图1)。一般最常使用的是外壳插入型，此型产品的发光与受光组件系被装入成型后的外壳中。双重模铸型则是为了因应近年来装置小型化趋势而推出的机型。

（a) 穿透型（对射型）(b) 穿透型（对射型）(d)穿透型（对射型）

(c) 反射型 (d) 贴片穿透型（对射型）

图2 光断续器实物图片

基本配置 检出位置特性

图3 光电传感器的工作原理

图4 受光面积(隙缝宽)大的情况

图5 受光面积(隙缝宽)小的情况

无焦点型的检出位置特性

图6 反射型光断续器

光反射器
反射式光遮断器为光电开关的一种，属于非接触型的光电开关，目前的许多机器上也有使用这类光电开关，如光学扫描、光笔、光学编码器等设备上，也大量被使用。

光反射器的构造与特性
1.反射式光遮断器分为发光组件和受光组件两部分,发射与接收元件装在同一方向，发光组件反射出物体的光，被受组件接收，使极集电压下降，而查出接近之物体，图6，7。

3.必须考虑距离之特性、反射光之强弱。

有焦点型的检出位置特性

图6 反射型光断续器

图7 反射型光断续器连接比较器的电路

图8 光断续器的电机等转数检出应用

图9 光断续器的电机等转数检出应用

图10　用于汽车照明开关的光敏三极管

图11　光断续器集成化的电路方块图

图12　光断续器集成化的电路方块图

TLP852利用达林顿输出的光断续器的使用情形。

图13 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

TLP801A利用晶体管输出的光断续器的使用情形。

图14 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

(a) TLP852的波形 (101V/divms/div,) (d) TLP801A的波形 (101V/divms/div,)
LED的输入波形　 LED的输入波形
光达林顿的集极波形　 光敏晶体管的集极波形
2SA733的集极波形 2SA562的集极波形

图15 时序脉波 (Timing pulse) 产生电路

图16 方向判断电路

图16是一组光遮断器的电路设计图，图中红色虚线表光遮断器，由一个发射器和两个光敏晶体管所构成，其中R1为限流电阻，避免电源电流太大而把发光二极管烧掉，而Q1、Q2为NPN晶体管用来做共射极放大器，放大输出信号，当光栅阻断A的光源时，则A输出端会产生一个由低电位到高电位的变化输出，若阻断B则B输出端产生输出，当光栅转动时会分别遮住A、B二光遮断器，产生二个相位不同的脉波，由脉波相位领先、落后的差异可以判断出光栅转动的方向。

设计注意:
为了提升发光及受光效率，光断续器上的发光与受光组件的模铸树脂采用了无填充物(Filler)并具极高纯度的环氧树脂。与IC、晶体管等组件所使用的树脂不同，此种树脂在耐热性、机械强度、耐溶剂性等方面的表现较不理想。因此当您在操作、安装以及设计时，请特别注意电路设计时注意以下几点：

红外线发光二极管的电流会依使用方法而异，因此必须根据不同的使用方法分别决定光电晶体管端的负载电阻。倘若您选择不适合的负载电阻时，将会产生装置无法动作的问题。

重点在于放射强度上下限值之模拟。也就是暗电流(dark current)的最大值，以及临限电压(Threshold voltage)以及放射强度之减半值。

并列使用2个以上时，如果将红外线发光二极管端的阻抗设定为共享，则可能会因为VF差而造成二极管无法动作。

请参阅下列计算范例

负载电阻之计算范例
1、使用之电路


2、使用电路中的顺向电流IF


3、使用电路中集极电流IC之最小值

若考虑时间变化的因素时，使用在光断续器的红外线发光二极管，由于会有时间变化的特性，因此有其使用寿命上的限制。若在低于额定输入值的条件下通电，并将光输出降低至初始值的50%，亦即所谓的半衰期作为其使用寿命的话，一般为10万小时。因此，当您在设计产品时，必须采用较宽裕的设计方式。

假设客户所使用电路的临限电压(Threshold voltage)为

4、负载电阻RL的最小值

5、负载电阻RL的最小值

6、此时，负载电阻RL的范围将会变化如下
36KΩ ＜ R ＜ 100KΩ

引脚成型时必须注意下列几点。

在引脚成型时，需避免采用以根部为支点的成型方法，并在引脚为固定的状态下进行。
要将引脚折弯时，必须在距离引脚根部2mm以上的位置进行。
成型必须在焊接前进行。
成型时，需避免将同样的位置多次弯折。

安装时必须注意下列几点：

安装至基板时，引脚的间距与基板孔的间距必须相同，请不要自行增加或减少引脚的间距。
利用支架等进行定位时，必须考虑基板、产品尺寸公差等条件，而且请不要对引脚施加压力。

注) 请注意所使用材料的热膨胀系数。预热及焊接时由于热会造成支架膨胀或是收缩，因此可能会对引脚产生压力，因而造成断线的情形。

助焊剂需使用天然松香类的材料。请注意若使用含强酸或强碱性的助焊剂将有可能会发生腐蚀的情形。
使用表面安装型产品时，必须针对开封后的时间管理、焊垫?所使用的锡膏屏蔽厚度以及尺寸等特殊条件进行确认。

外壳插入型需避免在焊接后，利用扭转以及拉扯外壳(施力100g以上)的方式来确认其强度。否则有可能会导致卡榫折断或是外壳密合异常等情形。

安装产品时需注意下列几点：

安装上述类型的产品时，如果使用过大了的锁合扭力等时，可能会使安装底座发生短路的情形。

高速动作与反应速度之相关规定
进行高速切换时，必须注意断续器的反应速度。若作为利用μsec指令的ON-OFF信号以进行位置控制等的组件使用时，必须根据规格书所刊载的反应速度数据预留宽裕的设计。在高速下使用时，必须将负责控制功能的光电晶体管端的阻值调低。同时，请将红外线端的阻值调低，以便提高通过的电流值。
另外，若使用狭缝板等进行遮光或投光时，遮光部分必须设定为高于断续器狭缝板宽度的3 to 10%左右。