設(shè)計人員必看,！UVC LED的一些設(shè)計問題及解決方案

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2017-09-28

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隨著UVC LED（深紫外LED）性能的提高,，這種相對較新的技術(shù)在生命科學(xué)和環(huán)境監(jiān)測儀器方面使用率正在迅猛發(fā)展。與所有新興技術(shù)一樣,，設(shè)計師必須意識到與現(xiàn)有解決方案之間存在一些根本性的差異,，而不是認為是簡單替換器件。這可以讓設(shè)計人員充分發(fā)揮UVC LED的全部優(yōu)勢,。經(jīng)過仔細的思考,，UVC LED可以減少占用空間和功耗， led亮化工程,，從而提高最終用戶的擁有成本,。

深紫外LED在儀器中的應(yīng)用

UVC LED在光譜應(yīng)用的興趣在不斷增加，因為它們可以解決小型化,、降低成本和實時測量方面的市場趨勢,。與氘燈或氙氣閃光燈不同，LED發(fā)出窄光譜,，其中來自設(shè)備的所有光輸出可用于測量,。用戶可以根據(jù)應(yīng)用要求選擇感興趣的特定峰值波長,。在具體應(yīng)用中,，道路照明,，已經(jīng)開發(fā)了254nm汞燈發(fā)射線的標準測量方法。例如,，根據(jù)EPA標準測量的水和空氣質(zhì)量要求LED接近254nm峰值波長,。表1列舉了可以用光譜鑒定的生命科學(xué)研究、藥物生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測中的一些重要的有機化合物,。

表1. 常見有機化合物的峰值吸收波長

儀器光源選擇的另一個主要標準是峰值波長的光輸出,。因為LED只有單個峰值，所以與其他UV燈不同,，光輸出集中在特定的波長,。吸收光譜應(yīng)用通常需要低水平的光輸出 - 1mW或更小。但是,，恒光,，在流動池與光源隔離的情況下，由于在信號到達流動池之前存在顯著的光衰減,，因此需要較高的輸出,。這可以將LED所需的光輸出提高到1mW以上。在熒光光譜中,，技術(shù)資訊,，信號強度與光強成正比。激發(fā)功率取決于需要檢測的示蹤劑的濃度水平,，因此在這些應(yīng)用中,，單個LED所需的光輸出可大于2 mW。圖1比較了儀器中常見的紫外線光源之間的輻照度,。雖然LED的輸入功率要少得多,， led室內(nèi)照明，商業(yè)照明燈具,，但所需UVC波長的輻照度要高于其他光源,，因此對于特定測量來說，它成為了更有效的光源,。

圖1. 該圖比較了UVC LED,、氙氣閃光燈和氘燈的輻照度。

在選擇波長和光輸出后,，另一個重要參數(shù)是觀察角度,，因為它影響儀器光學(xué)系統(tǒng)。 廣泛而言,，有兩個選擇 - 窄角或?qū)捊�,。前者是用球透鏡實現(xiàn)，后者有平面窗,。窄角允許在較小的區(qū)域獲得高強度的光,。當(dāng)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,，當(dāng)與光纖對準用于遠程耦合時,，允許有更大的公差。在流動池必須與光源和電子設(shè)備隔離的應(yīng)用中,，比如監(jiān)測高溫化學(xué)過程或使用高揮發(fā)性溶劑進行色譜分離時,，特別適用。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(shè)計靈活性。

優(yōu)化驅(qū)動電流需要設(shè)計者平衡光輸出與應(yīng)用的壽命要求,。以低于制造商額定的電流驅(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(yīng)用中,，一些終端用戶選擇以高于數(shù)據(jù)表規(guī)格的電流來操作LED,。以這種方式增加驅(qū)動電流可以增加光輸出，CE認證,，但也會導(dǎo)致性能上的某些風(fēng)險,。

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(guān)功能,，可以以周期性的方式快速打開和關(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，車間照明,，關(guān)閉和打開的時間正好各一半,。圖2顯示了各種驅(qū)動電流和占空比下的歸一化光輸出。

圖2. 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。圖3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（如圖2所示），對結(jié)溫的影響最小,。

圖3. 該圖顯示了不同的占空比對結(jié)溫的影響,，商業(yè)照明燈具,，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，醫(yī)院led照明,，能量轉(zhuǎn)換成熱量的比例更大,，因此設(shè)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(yīng)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,。

圖4. 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,，照明方案，商業(yè)照明,，恒光電器,照亮您的生活,，因為其成本相對較低，但它的導(dǎo)熱性低,。在熱負載高的系統(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,，照明資質(zhì)，設(shè)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，質(zhì)量,，設(shè)計師可以采用更多的主動冷卻技術(shù),。

隨著UVC LED性能的提高，設(shè)計人員正在利用設(shè)計靈活性的優(yōu)勢，用于光譜儀器和消毒反應(yīng)器,。LED在這些應(yīng)用中的優(yōu)勢會實現(xiàn)更緊湊,、高效、更具成本效益的設(shè)計,。隨著這項技術(shù)的不斷發(fā)展,，聰明的設(shè)計師將會發(fā)現(xiàn)更多的方法使用UVC LED的優(yōu)勢來應(yīng)對這些市場的挑戰(zhàn)。（編譯：LED網(wǎng) James）

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