UVC-LED應用設計文檔

Version 1.0 2018.04.08

1、生物安全

深紫外光雖然可以高效滅菌，但對人體也有強烈危害。過量的紫外照射可導致人體細胞發(fā)生批量壞死或變異，是導致皮膚癌和白內(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，都存在“紫外泄露”的風險。這一情況的危險性在于：由于紫外光不可見，是否發(fā)生泄露普通人短期難以知曉;而等到發(fā)現(xiàn)這一問題則為時已晚。2016年杭州的一家幼兒園就曾發(fā)生過由于員工疏忽大意，紫外消毒燈在有人的情況下忘記關閉，導致班上多名兒童發(fā)生視力嚴重損傷的悲劇。

家用電器的紫外安全規(guī)范請參考國家標準《GB21551.3-2010》，電器周邊30cm處，紫外強度≤5 μW/cm2

2、透鏡角度

通過調(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)域獲得高強度的光。當將光直接聚焦到儀器中時，通常使用這種封裝類型。平面窗包裝具有更寬的輻射。實際上，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計靈活性。

3、驅(qū)動電流大小

優(yōu)化驅(qū)動電流需要設計者平衡光輸出與應用的壽命要求。以低于額定的電流驅(qū)動LED會降低光輸出，但也會增加光源的使用壽命。在需要高LED輸出功率的應用中，一些終端用戶選擇以高于數(shù)據(jù)表規(guī)格的電流來操作LED。以這種方式增加驅(qū)動電流可以增加光輸出，但也會導致性能上的某些風險。

4、占空比驅(qū)動

過熱是一個常見的問題，可以對LED的光輸出和壽命產(chǎn)生負面影響。由于LED的即時開關功能，可以以周期性的方式快速打開和關閉LED。熒光的應用通常需要更高的光輸出，通常使用脈沖模式（占空比）來更安全地增加LED電流。占空比是指在一個脈沖循環(huán)內(nèi)，通電時間相對于總時間所占的比例。例如，以50％占空比工作的LED，關閉和打開的時間正好各一半。下圖顯示了各種驅(qū)動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歸一化光輸出的影響，而開啟時間恒定在500μs。歸一化功率是相對于最大額定工作電流100mA時(加上合適的散熱器)光輸出的相對光輸出功率。

以高電流操作LED會影響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)動電流對結(jié)溫的影響，從而保持LED的性能。上圖說明了占空比對維持LED結(jié)溫的影響。通過在5％占空比下工作，可以實現(xiàn)光輸出的三倍以上，對結(jié)溫的影響最小。

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

過熱會對LED的光輸出和使用壽命產(chǎn)生負面影響。長期而言，這種熱量會降低LED的使用壽命。由于與較長波長的LED相比，能量轉(zhuǎn)換成熱量的比例更大，因此設計UVC LED時，熱管理非常重要。正確的熱管理可使結(jié)溫保持在給定應用所需的低溫度，并保持LED的性能。除了被動和主動冷卻方式之外，所選擇的PCB還可以實現(xiàn)更好的散熱。

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

FR4是最常用的PCB材料之一，因為其成本相對較低，但它的導熱性低。在熱負載高的系統(tǒng)中，金屬芯PCB具有更好的導熱性，是更優(yōu)的選擇。隨著散熱需求的增加，設計人員通常會傾向于增加PCB面積，并添加散熱片以實現(xiàn)好的散熱管理。 如果需要進一步散熱，設計師可以采用更多的主動冷卻技術。