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フォト・マイクロセンサの基礎知識:設計編Ⅱ

フォト・マイクロセンサ (フォトインタラプタ)を使用するうえで具体的にどう設計するか説明します。
受光素子側の設計は、フォトトランジスタとフォト・ICのおおきく2種類に分類されます。

受光素子側の設計:フォト・ICの場合

構成図

図19は、フォト・IC出力形フォト・マイクロセンサの回路構成図です (形EE-SX3081 (しゃ光時ON)、形EE-SX4081(入光時ON)) 。
この図をもとに、フォト・IC出力形フォト・マイクロセンサの設計法を説明します。

図19. 回路構成図
回路構成図

LED順電流IF供給回路

LEDが単独に構成されているので、外部から適切なレベルの電流を供給してやることが必要で、フォト・IC出力形フォト・マイクロセンサ (フォトインタラプタ)の設計で一番重要な項目です。

すなわち、どれくらいの順電流IFで、受光側 (フォト・IC) が動作するか。がポイントであり、これさえうまく設計できれば、受光側 (フォト・IC) は、電源につなぐだけといった簡単な考え方で、フォト・IC出力形フォト・マイクロセンサを使いこなすことができます。

さて、最適電流値については、データシートの電気的特性表で、「出力オフ (オン) 時LED電流」を知ることにより、設計することが可能となります。
表4は、形EE-SX3081、形EE-SX4081のデータシートから、その一部を抜粋したものです。

表4. 各種要素における受光素子の依存性

項目 記号 特性 条件
出力オフ時LED電流 (形EE-SX3081) IFTOFF 8mA MAX VCC=4.5~16V
Ta=25℃
出力オン時LED電流 (形EE-SX4081) IFTON

さて、いよいよ設計に入ります。ポイントとしては、以下が必要条件となります。

形EE-SX3081、形EE-SX4081では、この値が最大8mAとなっており、実使用においては8mA以上の順電流IFを流すことになります。

では、8mA以上なら、8.1mAでも100mAでも良いのか…ということになりますが、これらについて、まず上限値は絶対最大定格で決定 (制限) されます。したがって、この上限値の設計は図20をもとに使用周囲温度 (最大値) より行ってください。

図20. 温度定格図 (形EE-SX3081、形EE-SX4081)
温度定格図 (形EE-SX3081、形EE-SX4081)

絶対最大定格(Ta=25°C) 形EE-SX3081、形EE-SX4081

項目 記号 定格値 単位
発光側 順電流 IF 50*1 mA
逆電圧 VR 4 V
受光側 電源電圧 VCC 16 V
出力電圧 VOUT 28 V
出力電流 IOUT 16 mA
出力許容損失 Popr 250*1 mW
動作温度 Topr -40 to 75 °C
保存温度 Tstg -40 to 85 °C
はんだ付け温度 Tsol 260*2 °C

*1. 周囲温度が25°Cを越える場合は、温度定格図をご覧ください。
*2. はんだ付け時間は10秒以内

つぎに、必要でかつ十分なレベルですが、絶対最大定格以内でできる限り、高目の順電流IFを流すようにしてください。このレベルが (あまりに) 8mAに近い値ですと、温度変化や経年的な発光出力の低下、さらには塵埃などの付着による伝達効率の低下により受光側 (フォト・IC) が働かなくなることがあります。具体的にはIFTOFF(ON)の規格値の2倍程度の順電流IFを流すようにしてください。

図21に、フォト・IC出力形フォト・マイクロセンサ (フォトインタラプタ)の基本回路を掲げます。
なお、受光側における注意点としては、リレーなどを駆動する時は、図22のように、逆電圧吸収用ダイオードDを外付けするようにしてください。

図21. 基本回路

基本回路

図22. 誘導負荷時の接続例

誘導負荷時の接続例

受光側回路

電源端子 (図19の+、-端子) に、所定 (絶対最大定格) 内の電圧、出力端子 (図19のOUT端子) には、同様に所定内の電流 (出力電流IOUT) を流せば完了です。

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