RECOM電源在 UV LED中的應(yīng)用

紫外線 （UV） 輻射照射是一種有效的非接觸式消毒方法，可殺死大多數(shù)在表面、水中和空氣中的微生物、細菌和病毒，包括Covid-19新冠病毒。短波長、高能量的光子破壞微生物細胞的 RNA和DNA，也會產(chǎn)生自由基來破壞病毒的基因組，引入缺陷以快速殺死病原體。正是這種破壞和氧化作用使UV消毒如此實用且有效，在許多情況下比任何其他化學(xué)或高溫消毒方式更合適。

圖1：UV和可見光的電磁光譜

之前使用汞燈會產(chǎn)生短波長 UVA、UVB 和 UVC 光，但現(xiàn)在為了更高效、更環(huán)保且更安全而使用 LED（發(fā)光二極管）。汞燈僅將大約 20% 的電能轉(zhuǎn)化為UV輻射，其余的則以紅外線輻射的形式損失，這使得它們在密閉空間使用時讓人很熱且不舒服。它們還以非常高的激勵電壓運行，特別是在潮濕的環(huán)境中會是一個安全隱患。再加上因為汞蒸氣有毒讓汞燈難以回收，不但易碎還容易損壞。

另一方面，UV LED比汞燈更靈活、更堅固、不受濕氣影響、可在較低的電壓下工作而且更具成本效益。另一個大優(yōu)勢是能夠選擇不同類型的 LED來輕松調(diào)整，產(chǎn)生 UVA （315-380nm）、UVB （280-315nm） 、 UVC （200-280nm） 或不同波長的搭配組合。因此，相同設(shè)計的UV燈可用低劑量幾乎可見的 UVA 輻射來治療繼發(fā)性感染如耐甲氧西林金葡菌 （MRSA），而不會對人體皮膚或眼睛造成有害影響。UV燈也能消除空氣或供水的污染物，或作為高強度 UVC 源以阻止病毒或細菌復(fù)制，將其微調(diào)至對RNA/DNA 分子作用力最強的265nm最大吸收波長。LED容易調(diào)光，給的劑量比汞燈來得更加準(zhǔn)確。

與所有大功率 LED 一樣，UV LED 應(yīng)由恒流源驅(qū)動。光亮度與通過 LED 的電流成正比而非施加的電壓。曲線是非線性的，如果 LED 由恒壓源供電，即使 LED 正向電壓只有微小的變化也會顯著改變通過它的電流（圖 2）。此外，正向電壓會隨溫度變化也會在各個 LED 之間有所不同，即使LED出自于同一個制造商。

圖2：典型功率LED的電壓/電流曲線。陰影區(qū)為有效運作區(qū)域。

如果 LED 由恒流源驅(qū)動，正向電壓的任何變化都不會改變總電流（也就是照度）。LED 驅(qū)動器會自動補償 LED 特性的任何變化或漂移，保持光的輸出水平不變。單個 LED 或多顆串聯(lián) LED 都是如此。

可見光 LED 和UV LED 的主要區(qū)別在于工作電壓范圍。350 mA 或 700 mA 的可見光 LED 通常以 3-4 VDC 的正向電壓開始發(fā)光，但能量更高的 UV LED 通常需要 5-6 VDC 的電壓。這意味著如果您想組裝一個具有五個大功率 LED 和 350 mA 恒定電流的 LED 燈，那么您需要為 UV LED 提供比相同數(shù)量的可見光 LED 更高電壓的電源（圖 3）。

圖3：5 個可見光LED或UV LED 燈串之比較

我們不建議高亮度 LED并聯(lián)在一起因為每個燈串，總的正向電壓的差異會導(dǎo)致流過并聯(lián)燈串中的電流不平均。如果需要更亮的照明，只需串聯(lián)更多的 LED即可，讓每個 LED 的電流（也就是亮度）保持恒定。缺點是顆數(shù)多燈串需要更高的電源電壓。

另一方面，只要所有 LED 具有相同的額定電流，即使它們具有非常不同的正向電壓也可以在同一串中混合使用UV和可見光 LED。在燈串中加入白色或彩色 LED可以作為 UV LED 導(dǎo)通的可見提示，清楚顯示 LED 光學(xué)器件的光束分布，更容易看到應(yīng)用領(lǐng)域。

RECOM 提供的 RCDE-48-xxx 系列具有 350 mA、700 mA 或 1050 mA 最大輸出電流和高達 60 VDC 輸入電壓（足以驅(qū)動多達 10 個 UV LED）。除了成本極低之外，RCDE-48 系列還有一個調(diào)光輸入引腳，也可用來啟用或禁用（拉低以關(guān)閉輸出，保持開路或拉高以開啟）。

輸出電流與施加到該引腳的電壓呈線性關(guān)系，因此可以通過外部控制電壓或手動控制電位器精確控制輸出電流（圖 4）：

圖4：使用外部電壓進行15-100% 輸出調(diào)光控制

此外，可以使用 PWM（脈寬調(diào)制）信號控制調(diào)光，使用微控制器 GPIO 引腳進行非常精確的 0-100% 調(diào)光（圖 5）：

圖5：PWM 0-100%調(diào)光

RCDE-48 LED 驅(qū)動器的效率極高（高達 97%），因此可以輕松建構(gòu)長時間運作的電池供電便攜式UV燈和可見光燈。

只需使用三個低成本 RECOM 組件和一個簡單的 IC 計時器即可在小于 50mm2 的PCB上（圖 6）建構(gòu)出功能齊全的電源供電UV消毒燈，其中包括：

· RAC20-48SK 板載 AC/DC 電源，具有 85 VAC 至 264 VAC 的通用輸入、內(nèi)置保險絲、EMI 濾波器和防短路48 VDC穩(wěn)壓輸出。

· RCDE-48-xxx 板載 LED 驅(qū)動器，具有恒定電流輸出、線性調(diào)光、使能輸入以及LED 驅(qū)動最大電流為 350 mA、700 mA 或 1050 mA。

· R-78HE5.0-0.3 板載開關(guān)穩(wěn)壓器，輸出電流為300mA，無需散熱器即可將 48 VDC 電源電壓有效地降至5 VDC（線性穩(wěn)壓器可能會有發(fā)熱）。

電路框圖如下圖所示：

圖6：具有定時器和強度控制《50mm2的UVC 燈電路圖

針對不需要調(diào)光控制的UV消毒應(yīng)用，可以使用 AC/DC 恒流 LED 驅(qū)動器。RECOM 提供低成本、安全認(rèn)證的 20W 恒流 LED 驅(qū)動器，高度僅 13 毫米，因此 UVC LED PCB 和驅(qū)動器可以完整且輕松地安裝到小型 UVC 照射室的天花板上：

圖 7：UVC 室使用薄型 AC/DC電源（建議）。 聯(lián)鎖裝置可確保在門打開時關(guān)閉 LED以避免人體暴露。透過門上的防UV玻璃窗看見紅色 LED亮起代表正在進行UVC 消毒。