UVC-LED應(yīng)用設(shè)計(jì)文檔

Version 1.0 2018.04.08

1、生物安全

深紫外光雖然可以高效滅菌，但對(duì)人體也有強(qiáng)烈危害。過(guò)量的紫外照射可導(dǎo)致人體細(xì)胞發(fā)生批量壞死或變異，是導(dǎo)致皮膚癌和白內(nèi)障發(fā)生的主要原因。日常的紫外消毒柜、紫外空氣凈化器、紫外凈水器如使用不當(dāng)，都存在“紫外泄露”的風(fēng)險(xiǎn)。這一情況的危險(xiǎn)性在于：由于紫外光不可見(jiàn)，是否發(fā)生泄露普通人短期難以知曉;而等到發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題則為時(shí)已晚。2016年杭州的一家幼兒園就曾發(fā)生過(guò)由于員工疏忽大意，紫外消毒燈在有人的情況下忘記關(guān)閉，導(dǎo)致班上多名兒童發(fā)生視力嚴(yán)重?fù)p傷的悲劇。

家用電器的紫外安全規(guī)范請(qǐng)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB21551.3-2010》，電器周邊30cm處，紫外強(qiáng)度≤5 μW/cm2

2、透鏡角度

通過(guò)調(diào)節(jié)LED封裝透鏡可以調(diào)節(jié)出光角。窄角允許在較小的區(qū)域獲得高強(qiáng)度的光。當(dāng)將光直接聚焦到儀器中時(shí)，通常使用這種封裝類型。平面窗包裝具有更寬的輻射。實(shí)際上，窄角球透鏡可將儀器中的組件保持最小，而平面窗則可提高設(shè)計(jì)靈活性。

3、驅(qū)動(dòng)電流大小

優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電流需要設(shè)計(jì)者平衡光輸出與應(yīng)用的壽命要求。以低于額定的電流驅(qū)動(dòng)LED會(huì)降低光輸出，但也會(huì)增加光源的使用壽命。在需要高LED輸出功率的應(yīng)用中，一些終端用戶選擇以高于數(shù)據(jù)表規(guī)格的電流來(lái)操作LED。以這種方式增加驅(qū)動(dòng)電流可以增加光輸出，但也會(huì)導(dǎo)致性能上的某些風(fēng)險(xiǎn)。

4、占空比驅(qū)動(dòng)

過(guò)熱是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，可以對(duì)LED的光輸出和壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。由于LED的即時(shí)開(kāi)關(guān)功能，可以以周期性的方式快速打開(kāi)和關(guān)閉LED。熒光的應(yīng)用通常需要更高的光輸出，通常使用脈沖模式（占空比）來(lái)更安全地增加LED電流。占空比是指在一個(gè)脈沖循環(huán)內(nèi)，通電時(shí)間相對(duì)于總時(shí)間所占的比例。例如，以50％占空比工作的LED，關(guān)閉和打開(kāi)的時(shí)間正好各一半。下圖顯示了各種驅(qū)動(dòng)電流和占空比下的歸一化光輸出。

這里我們看到了不同的占空比對(duì)歸一化光輸出的影響，而開(kāi)啟時(shí)間恒定在500μs。歸一化功率是相對(duì)于最大額定工作電流100mA時(shí)(加上合適的散熱器)光輸出的相對(duì)光輸出功率。

以高電流操作LED會(huì)影響LED結(jié)溫，從而影響壽命和光輸出。優(yōu)化占空比可以最大限度地減小驅(qū)動(dòng)電流對(duì)結(jié)溫的影響，從而保持LED的性能。上圖說(shuō)明了占空比對(duì)維持LED結(jié)溫的影響。通過(guò)在5％占空比下工作，可以實(shí)現(xiàn)光輸出的三倍以上，對(duì)結(jié)溫的影響最小。

該圖顯示了不同的占空比對(duì)結(jié)溫的影響，其開(kāi)啟時(shí)間保持恒定在500μs。

過(guò)熱會(huì)對(duì)LED的光輸出和使用壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。長(zhǎng)期而言，這種熱量會(huì)降低LED的使用壽命。由于與較長(zhǎng)波長(zhǎng)的LED相比，能量轉(zhuǎn)換成熱量的比例更大，因此設(shè)計(jì)UVC LED時(shí)，熱管理非常重要。正確的熱管理可使結(jié)溫保持在給定應(yīng)用所需的低溫度，并保持LED的性能。除了被動(dòng)和主動(dòng)冷卻方式之外，所選擇的PCB還可以實(shí)現(xiàn)更好的散熱。

對(duì)比不帶散熱器的FR4和鋁芯PCB的熱盤(pán)溫度（a）；對(duì)比帶和不帶散熱器的鋁芯PCB的熱盤(pán)溫度（b）

FR4是最常用的PCB材料之一，因?yàn)槠涑杀鞠鄬?duì)較低，但它的導(dǎo)熱性低。在熱負(fù)載高的系統(tǒng)中，金屬芯PCB具有更好的導(dǎo)熱性，是更優(yōu)的選擇。隨著散熱需求的增加，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)傾向于增加PCB面積，并添加散熱片以實(shí)現(xiàn)好的散熱管理。 如果需要進(jìn)一步散熱，設(shè)計(jì)師可以采用更多的主動(dòng)冷卻技術(shù)。