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RECOM 電源在 UV LED中的應用

2022-01-06
來源:RECOM
關鍵詞: RECOM 電源 UVLED

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或高溫消毒方式更合適。

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圖1:UV和可見光的電磁光譜

之前使用汞燈會產生短波長 UVA、UVB 和 UVC 光,但現在為了更高效、更環保且更安全而使用 LED(發光二極管)。汞燈僅將大約 20% 的電能轉化為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。另一個大優勢是能夠選擇不同類型的 LED來輕松調整,產生 UVA (315-380nm)、UVB (280-315nm) 、 UVC (200-280nm) 或不同波長的搭配組合。因此,相同設計的UV燈可用低劑量幾乎可見的 UVA 輻射來治療繼發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制,將其微調至對RNA/DNA 分子作用力最強的265nm最大吸收波長。LED容易調光,給的劑量比汞燈來得更加準確。

與所有大功率 LED 一樣,UV LED 應由恒流源驅動。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。

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圖2:典型功率LED的電壓/電流曲線。陰影區為有效運作區域。

如果 LED 由恒流源驅動,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 LED 都是如此。

可見光 LED 和UV LED 的主要區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 提供比相同數量的可見光 LED 更高電壓的電源(圖 3)。

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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并聯在一起因為每個燈串,總的正向電壓的差異會導致流過并聯燈串中的電流不平均。如果需要更亮的照明,只需串聯更多的 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 導通的可見提示,清楚顯示 LED 光學器件的光束分布,更容易看到應用領域。

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(足以驅動多達 10 個 UV LED)。除了成本極低之外,RCDE-48 系列還有一個調光輸入引腳,也可用來啟用或禁用(拉低以關閉輸出,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):

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圖4:使用外部電壓進行15-100% 輸出調光控制

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

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圖5:PWM 0-100%調光

RCDE-48 LED 驅動器的效率極高(高達 97%),因此可以輕松建構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、內置保險絲、EMI 濾波器和防短路48 VDC穩壓輸出。

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

·         R-78HE5.0-0.3 板載開關穩壓器,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(線性穩壓器可能會有發熱)。

電路框圖如下圖所示:

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圖6:具有定時器和強度控制<50mm2的UVC 燈電路圖

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

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圖 7:UVC 室使用薄型 AC/DC電源(建議)。 聯鎖裝置可確保在門打開時關閉 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。

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