設計人員必看！UVC LED的一些設計問題及解決方案

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在生命科學和環(huán)境監(jiān)測儀器方面使用率正在迅猛發(fā)展。與所有新興技術一樣，設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在儀器中的應用

UVC LED在光譜應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，其中來自設備的所有光輸出可用于測量。用戶可以根據(jù)應用要求選擇感興趣的特定峰值波長。在具體應用中，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系統(tǒng)。 廣泛而言，有兩個選擇 - 窄角或?qū)捊恰Ｇ罢呤怯们蛲哥R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備隔離的應用中，比如監(jiān)測高溫化學過程或使用高揮發(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計靈活性。

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，但也會導致性能上的某些風險。

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，車間照明，關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），對結溫的影響最小。

圖3. 該圖顯示了不同的占空比對結溫的影響，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，因此設計UVC LED時，熱管理非常重要。正確的熱管理可使結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。

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，照明資質(zhì)，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，質(zhì)量，設計師可以采用更多的主動冷卻技術。

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

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