如何解决使用UVC LED时的一些设计问题

　　随着UVC LED性能的提高，采用这种相对较新的技术正在生命科学和环境监测仪器中获得动力。与所有新兴技术一样，设计人员必须意识到与现有解决方案相关的一些根本差异，而不是假设“插入式”更换。这使设计人员能够实现UVC LED的全部优势。经过仔细考虑，UVC LED可以减少占地面积和功耗 - 提高最终用户的拥有成本。

　　仪器中的UVC LED

　　用于光谱学的UVC LED的兴趣正在增加，因为它们可以解决围绕小型化，降低成本和实时测量的市场趋势。与氘或氙闪光灯不同，LED发出的光谱很窄，设备的所有光输出都可用于测量。用户可以根据应用要求选择感兴趣的特定峰值波长。在特定应用中，已开发出标准化测量方法，其汞灯发射线为254nm。例如，根据EPA标准测量的水和空气质量要求LED与254nm峰值波长紧密匹配。表1说明了生命科学研究，药物生产和环境监测中的一些重要有机化合物，可用光谱学鉴定。

　　表1具有峰值吸收波长的常见有机化合物

　　

　　光源选择的另一个主要标准仪器是峰值波长的光输出。由于LED具有单个峰值，因此与其他UV灯不同，光输出集中在特定波长。吸收光谱应用通常需要低水平的光输出 - 1 mW或更低。然而，在流动池与光源隔离的情况下，由于在信号到达电池之前显着的光衰减，因此需要更高的输出。这可以将LED所需的光输出提高到1 mW以上。在荧光光谱中，信号强度与光强度成正比。激发功率取决于需要检测的痕量浓度水平，因此在这些应用中，单个LED所需的光输出可能大于2 mW。图1显示了仪器中常见UV光源之间的辐照度比较。虽然LED的输入功率要小得多，但所需UVC波长的辐照度高于其他光源，使其成为特定测量的更有效光源。

　　

　　图1此图表比较了UVC LED，氙气闪光灯和氘灯的辐照度。

　　选择波长和光输出后，另一个重要参数是视角，因为它会影响仪器光学系统。从广义上讲，有两种选择 - 窄角或广角。前者是用球形镜头实现的，后者具有平坦的窗口。窄视角允许在小区域内获得高强度的光。这种封装类型通常在将光直接聚焦到仪器中时使用。

　　平面窗口封装具有更宽的辐射方向图，与光纤对准具有更大的公差，可用于远程耦合。它特别适用于流通池必须与光源和电子设备隔离的应用，如监测高温化学过程或高挥发性溶剂色谱。在实际应用中，窄角球透镜可以将仪器中的元件保持在最小程度，而平面窗则可以提高设计的灵活性。

　　优化驱动电流，使设计人员能够平衡光输出和应用的使用寿命要求。将LED驱动至制造商额定电流以下将降低光输出，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，一些最终用户选择以高于数据表规格的高电流运行LED。以这种方式增加驱动电流可以增加光输出，但也会带来一定的性能风险。

　　过热是一个常见问题，会对LED的光输出和寿命产生负面影响。由于LED的瞬间开关能力，人们可以周期性地快速打开和关闭LED。荧光中的应用通常需要更高的光输出，通常使用脉冲模式(占空比)操作来更安全地增加LED电流。占空比是指LED打开的一个时段内的百分比;其中句号是完成一个开关周期所需的总时间。例如，以50%占空比工作的LED将在正好一半的时间和一半的时间内打开。图2显示了各种驱动电流和占空比下的标准化光输出。

　　

　　图2在这里，我们看到变化的占空比对归一化光输出的影响，而导通时间保持恒定在500μs。标准化功率是相对光输出功率，与最大额定工作电流100 mA的光输出相比，使用适当的散热器。

　　在高电流下操作LED会影响LED结温，从而影响LED结温影响寿命和光输出。优化占空比可以最大限度地降低驱动电流增加对结温的影响，从而保持LED性能。图3说明了影响占空比对维持LED结温的影响。通过以5%的占空比工作，可以实现三倍以上的光输出(如图2所示)，对结温的影响最小。点击

　　

　　图3此图显示了变化的占空比对结温的影响，同时导通时间保持恒定在500μs 。

　　过热会对LED的光输出和寿命产生负面影响。从长远来看，这种热量会降低LED的使用寿命。在使用UVC LED进行设计时，热管理非常重要，因为与长波长LED相比，转换为热量的能量比例更大。适当的热管理可将结温保持在给定应用所需的最低温度，并保持LED的性能。除了无源和有源冷却方法，选定的PCB还可以带来更好的散热。

　　

　　图4该图显示了没有散热片的FR4和铝芯PCB的导热垫温度(a )与带有和不带散热片的铝芯PCB的热垫温度(b)相比。

　　FR4是最常用的PCB材料之一，因为它的成本相对较低，但是它还具有低导热性。在系统中的热负荷较高的系统中，具有更好导热性的金属芯PCB是更好的选择。随着散热需求的增加，设计人员通常会转向增加PCB面积并添加散热片以实现卓越的散热管理。如果需要进一步散热，设计人员可以采用更主动的冷却技术。搜索结果随着UVC LED性能的提高，设计人员正在利用光谱仪器和消毒反应器的设计灵活性。 LED在这些应用中的优势允许更紧凑，有效且通常更具成本效益的设计。随着这项技术的不断发展，聪明的设计师将发现更多方法来利用UVC LED的优势来应对这些市场的挑战。