UVC-LED应用设计文档

UVC-LED应用设计文档

Version 1.0 2018.04.08

1、生物安全

深紫外光虽然可以高效灭菌，但对人体也有强烈危害。过量的紫外照射可导致人体细胞发生批量坏死或变异，是导致皮肤癌和白内障发生的主要原因。日常的紫外消毒柜、紫外空气净化器、紫外净水器如使用不当，都存在“紫外泄露”的风险。这一情况的危险性在于：由于紫外光不可见，是否发生泄露普通人短期难以知晓;而等到发现这一问题则为时已晚。2016年杭州的一家幼儿园就曾发生过由于员工疏忽大意，紫外消毒灯在有人的情况下忘记关闭，导致班上多名儿童发生视力严重损伤的悲剧。

家用电器的紫外安全规范请参考国家标准《GB21551.3-2010》，电器周边30cm处，紫外强度≤5 μW/cm2

2、透镜角度

通过调节LED封装透镜可以调节出光角。窄角允许在较小的区域获得高强度的光。当将光直接聚焦到仪器中时，通常使用这种封装类型。平面窗包装具有更宽的辐射。实际上，窄角球透镜可将仪器中的组件保持最小，而平面窗则可提高设计灵活性。

3、驱动电流大小

优化驱动电流需要设计者平衡光输出与应用的寿命要求。以低于额定的电流驱动LED会降低光输出，但也会增加光源的使用寿命。在需要高LED输出功率的应用中，一些终端用户选择以高于数据表规格的电流来操作LED。以这种方式增加驱动电流可以增加光输出，但也会导致性能上的某些风险。

4、占空比驱动

过热是一个常见的问题，可以对LED的光输出和寿命产生负面影响。由于LED的即时开关功能，可以以周期性的方式快速打开和关闭LED。荧光的应用通常需要更高的光输出，通常使用脉冲模式（占空比）来更安全地增加LED电流。占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。例如，以50％占空比工作的LED，关闭和打开的时间正好各一半。下图显示了各种驱动电流和占空比下的归一化光输出。

这里我们看到了不同的占空比对归一化光输出的影响，而开启时间恒定在500μs。归一化功率是相对于最大额定工作电流100mA时(加上合适的散热器)光输出的相对光输出功率。

以高电流操作LED会影响LED结温，从而影响寿命和光输出。优化占空比可以最大限度地减小驱动电流对结温的影响，从而保持LED的性能。上图说明了占空比对维持LED结温的影响。通过在5％占空比下工作，可以实现光输出的三倍以上，对结温的影响最小。

该图显示了不同的占空比对结温的影响，其开启时间保持恒定在500μs。

过热会对LED的光输出和使用寿命产生负面影响。长期而言，这种热量会降低LED的使用寿命。由于与较长波长的LED相比，能量转换成热量的比例更大，因此设计UVC LED时，热管理非常重要。正确的热管理可使结温保持在给定应用所需的低温度，并保持LED的性能。除了被动和主动冷却方式之外，所选择的PCB还可以实现更好的散热。

对比不带散热器的FR4和铝芯PCB的热盘温度（a）；对比带和不带散热器的铝芯PCB的热盘温度（b）

FR4是最常用的PCB材料之一，因为其成本相对较低，但它的导热性低。在热负载高的系统中，金属芯PCB具有更好的导热性，是更优的选择。随着散热需求的增加，设计人员通常会倾向于增加PCB面积，并添加散热片以实现好的散热管理。 如果需要进一步散热，设计师可以采用更多的主动冷却技术。