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RECOM 电源在 UV LED中的应用

2022-01-06
来源:RECOM
关键词: RECOM 电源 UVLED

紫外线 (UV) 辐射照射是一种有效的非接触式消毒方法,可杀死大多数在表面、水中和空气中的微生物、细菌和病毒,包括Covid-19新冠病毒。短波长、高能量的光子破坏微生物细胞的 RNA和DNA,也会产生自由基来破坏病毒的基因组,引入缺陷以快速杀死病原体。正是这种破坏和氧化作用使UV消毒如此实用且有效,在许多情况下比任何其他化学或高温消毒方式更合适。

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图1:UV和可见光的电磁光谱

之前使用汞灯会产生短波长 UVA、UVB 和 UVC 光,但现在为了更高效、更环保且更安全而使用 LED(发光二极管)。汞灯仅将大约 20% 的电能转化为UV辐射,其余的则以红外线辐射的形式损失,这使得它们在密闭空间使用时让人很热且不舒服。它们还以非常高的激励电压运行,特别是在潮湿的环境中会是一个安全隐患。再加上因为汞蒸气有毒让汞灯难以回收,不但易碎还容易损坏。

另一方面,UV LED比汞灯更灵活、更坚固、不受湿气影响、可在较低的电压下工作而且更具成本效益。另一个大优势是能够选择不同类型的 LED来轻松调整,产生 UVA (315-380nm)、UVB (280-315nm) 、 UVC (200-280nm) 或不同波长的搭配组合。因此,相同设计的UV灯可用低剂量几乎可见的 UVA 辐射来治疗继发性感染如耐甲氧西林金葡菌 (MRSA),而不会对人体皮肤或眼睛造成有害影响。UV灯也能消除空气或供水的污染物,或作为高强度 UVC 源以阻止病毒或细菌复制,将其微调至对RNA/DNA 分子作用力最强的265nm最大吸收波长。LED容易调光,给的剂量比汞灯来得更加准确。

与所有大功率 LED 一样,UV LED 应由恒流源驱动。光亮度与通过 LED 的电流成正比而非施加的电压。曲线是非线性的,如果 LED 由恒压源供电,即使 LED 正向电压只有微小的变化也会显著改变通过它的电流(图 2)。此外,正向电压会随温度变化也会在各个 LED 之间有所不同,即使LED出自于同一个制造商。

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图2:典型功率LED的电压/电流曲线。阴影区为有效运作区域。

如果 LED 由恒流源驱动,正向电压的任何变化都不会改变总电流(也就是照度)。LED 驱动器会自动补偿 LED 特性的任何变化或漂移,保持光的输出水平不变。单个 LED 或多颗串联 LED 都是如此。

可见光 LED 和UV LED 的主要区别在于工作电压范围。350 mA 或 700 mA 的可见光 LED 通常以 3-4 VDC 的正向电压开始发光,但能量更高的 UV LED 通常需要 5-6 VDC 的电压。这意味着如果您想组装一个具有五个大功率 LED 和 350 mA 恒定电流的 LED 灯,那么您需要为 UV LED 提供比相同数量的可见光 LED 更高电压的电源(图 3)。

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图3:5 个可见光LED或UV LED 灯串之比较

我们不建议高亮度 LED并联在一起因为每个灯串,总的正向电压的差异会导致流过并联灯串中的电流不平均。如果需要更亮的照明,只需串联更多的 LED即可,让每个 LED 的电流(也就是亮度)保持恒定。缺点是颗数多灯串需要更高的电源电压。

另一方面,只要所有 LED 具有相同的额定电流,即使它们具有非常不同的正向电压也可以在同一串中混合使用UV和可见光 LED。在灯串中加入白色或彩色 LED可以作为 UV LED 导通的可见提示,清楚显示 LED 光学器件的光束分布,更容易看到应用领域。

RECOM 提供的 RCDE-48-xxx 系列具有 350 mA、700 mA 或 1050 mA 最大输出电流和高达 60 VDC 输入电压(足以驱动多达 10 个 UV LED)。除了成本极低之外,RCDE-48 系列还有一个调光输入引脚,也可用来启用或禁用(拉低以关闭输出,保持开路或拉高以开启)。

输出电流与施加到该引脚的电压呈线性关系,因此可以通过外部控制电压或手动控制电位器精确控制输出电流(图 4):

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图4:使用外部电压进行15-100% 输出调光控制

此外,可以使用 PWM(脉宽调制)信号控制调光,使用微控制器 GPIO 引脚进行非常精确的 0-100% 调光(图 5):

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图5:PWM 0-100%调光

RCDE-48 LED 驱动器的效率极高(高达 97%),因此可以轻松建构长时间运作的电池供电便携式UV灯和可见光灯。

只需使用三个低成本 RECOM 组件和一个简单的 IC 计时器即可在小于 50mm² 的PCB上(图 6)建构出功能齐全的电源供电UV消毒灯,其中包括:

·         RAC20-48SK 板载 AC/DC 电源,具有 85 VAC 至 264 VAC 的通用输入、内置保险丝、EMI 滤波器和防短路48 VDC稳压输出。

·         RCDE-48-xxx 板载 LED 驱动器,具有恒定电流输出、线性调光、使能输入以及LED 驱动最大电流为 350 mA、700 mA 或 1050 mA。

·         R-78HE5.0-0.3 板载开关稳压器,输出电流为300mA,无需散热器即可将 48 VDC 电源电压有效地降至5 VDC(线性稳压器可能会有发热)。

电路框图如下图所示:

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图6:具有定时器和强度控制<50mm²的UVC 灯电路图

针对不需要调光控制的UV消毒应用,可以使用 AC/DC 恒流 LED 驱动器。RECOM 提供低成本、安全认证的 20W 恒流 LED 驱动器,高度仅 13 毫米,因此 UVC LED PCB 和驱动器可以完整且轻松地安装到小型 UVC 照射室的天花板上:

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图 7:UVC 室使用薄型 AC/DC电源(建议)。 联锁装置可确保在门打开时关闭 LED以避免人体暴露。透过门上的防UV玻璃窗看见红色 LED亮起代表正在进行UVC 消毒。

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