紫外线LED技术及其对公众健康的影响
紫外线辐射具有相当宽的光谱，从10纳米到400纳米不等，刚好低于我们的可见光谱。虽然紫外线灯有多种用途，如固化、材料检查和鞣制，但200 nm至400 nm范围用于大多数消毒应用。许多含有紫外线技术的...
紫外线辐射具有相当宽的光谱，从10纳米到400纳米不等，刚好低于我们的可见光谱。虽然紫外线灯有多种用途，如固化、材料检查和鞣制，但200 nm至400 nm范围用于大多数消毒应用。许多含有紫外线技术的仪器是专门为杀菌而开发的，因此，让我们看看设计方法，以及面临的挑战和考虑因素，以及它是如何对最大限度地减少疾病传播产生重大影响的。
UV-C技术简史
自19世纪初以来，紫外线辐射已被公认第直到大约80年后，人们才发现，在某些条件下，由于其短波长光（在250 nm左右最有效），它可以杀死细菌。该范围通常被称为UV-C，在一定强度和暴露水平下，通过消除关键核酸并使其DNA和RNA结构失效来杀死微生物。
这种消毒方法已被广泛用于各种与健康相关的应用，如废水处理、空气过滤和净化、食品消毒以及医疗设备的一般消毒。紫外线C光可以杀死难辨梭菌等细菌，难辨梭菌是医院环境中最常见的细菌之一，每年导致15000人死亡。尽管UV-C具有许多积极的特性，但它也存在一些与之相关的危险，尤其是在人类皮肤和眼睛周围。
最近，人们对设计个人使用的基于UV-C的产品感兴趣；然而，这些危险使销售经批准的设备变得困难。除了对人类健康的危害外，这种特定波长还破坏了几种材料（包括塑料和绝缘材料）中的一些化学键，因此有许多必须减轻的不利影响。除此之外，让我们仔细看看产生这种光的LED和灯具，以及如何控制它。
驱动和控制UV-C技术
在大多数情况下，UV-C LED的工作方式与普通LED相同，但由于其波长小得多，因此具有较高的带隙能量（在传导/价带隙上激发电子所需的最小能量），因此具有更大的正向电压。通常，波长越高，发光所需的能量就越大。
为小型手持设备提供更大的电压可能很麻烦，需要升压转换器。幸运的是，控制LED的工作方式相同，包括调暗或调整亮度/强度。有多种方法可以做到这一点，包括使用带驱动器的a、限流电阻器和电压源，电压源需要足够高，以考虑正向电压，再加上一点净空。
例如图1，它由一个允许TTL接口的MOSFET驱动器、一个N沟道MOSFET、LED连接和一个限流电阻器组成，限流电阻器对进入LED的最大电流施加一个上限，以帮助防止烧毁。
图1：500 mA时正向电压为6.5 V的紫外线LED的LED驱动和调光电路
此方法将为您提供驱动和控制LED所需的最低限度。但是，如果您需要额外的保护和电源管理，请使用专用的LED驱动IC（如中所示的LED6000 IC）图2:)成本是物有所值的，尤其是对于高功率应用。
与通常提供与输入电压成比例的转矩/速度的直流电机不同，LED的亮度将与其电流成比例。上述两种电路方法（MOSFET与LED驱动器IC）的共同点是，它们提供了一种方法，以控制LED上的电流，即所谓的“恒定电流”配置。当LED加热时，如果不适当控制或限制，正向电压将下降，通过LED的电流将增加。在某些情况下，这可能会由于热失控而导致故障。
了解成本差异
好的，所以UV-C LED非常简单，与大多数其他LED应用类似-成本如何？紫外线灯不是更便宜的选择吗？
快速搜索可能会发现，具有特定于消毒波长的高功率紫外线LED的成本可能比标准高功率LED高10倍或20倍。虽然紫外线灯更便宜，但这种技术的寿命通常只有LED的四分之一。此外，它以较低的峰值强度发射更宽的频谱，因此需要更多的曝光时间。由于接触速度更快（在某些情况下，是相同消毒所需时间的十分之一），应用程序变得更安全，因为有害辐射更少。
由于具有长期的经济和安全效益，紫外线LED在几乎所有主要应用中都已取代紫外线灯，但紫外线灯的驱动方法非常有趣。图3显示了额定辐射为1.1 W的典型杀菌紫外线灯。
图3：飞利浦TUV PL-S杀菌紫外线灯（图片：飞利浦“TUV PL-S”数据表）
通常有两种方式驱动高压直流灯，如下所示：
- 1、通过整流、滤波和使用变压器从标准交流电压输入降压。
- 2、从较低的直流电压升压到灯具的电压水平，并使用灯具驱动器或镇流器控制器IC进行控制。这通常会提供控制器IC附带的其他好处，如调光、启用/禁用，以及一些更好的输出保护和调节。
用于驱动高压灯的灯驱动器IC（UCC2973）示例见图4。该集成电路提供的功能包括灯电流控制和调光、变压器过电压保护、可编程启动延迟和反馈控制的PWM驱动级。
图4：德克萨斯仪器公司的UCC3972/3镇流器控制器IC的应用电路（图：德克萨斯仪器公司的数据表“BiCMOS冷阴极荧光灯驱动器控制器”）
灯可能更适合某些应用，但有人说，由于其广泛的优点，紫外线LED将在不久的将来继续取代灯。LED的另一个好处是，它们运行的温度低得多，并且在热量方面更容易管理。对于功率更高的紫外线LED（通常安装在PCB上），有许多方法可以耗散其接合处产生的高热。结合金属芯PCB（简称MCPCB）等元件，大大减少二极管本身的热量，是高电流应用的常见做法（见图5).
图5：UV大功率LED星形PCBA示例（图：LED电源）
UV-C应用
注意，在图5，一个由三个LED组成的小阵列用于增加强度。事实上，一些应用包括LED的大型面板布置，以实现更高的强度值，减少暴露时间，并有助于提供均匀的消毒分布。Violomas是一家专业从事大功率紫外线LED解决方案的公司，开发了板上芯片（COB）解决方案以及标准或定制的光棒和阵列选项，用于各种应用，包括消毒、净化和园艺（请参阅图6). Violumas的3焊盘倒装芯片技术有助于降低结温，并在更高的驱动电流下提高最大光输出。
图6：12×1紫外光条和Violumas的3焊盘LED倒装芯片技术描述（图片：Violumas）
Aquisense Technologies是一家集成商公司，将紫外线LED集成到主要用于消毒的产品和应用中，如PearlAqua（参见图7)，世界上第一个水消毒系统之一，包含可更换的UV-C LED模块，可使用一年多一点。
图7：Aquisense的PearlAqua模块（图片：Aquisense）
大西洋紫外线公司自1963年以来一直提供紫外线杀菌产品，专业生产杀菌紫外线灯。该公司最新的产品Sanidyne是一种便携式区域消毒剂，包含八个UV-C灯，用于医院、实验室和需要额外消毒的无人房间或建筑物。该解决方案用约254 nm的紫外线照射空气和暴露表面，并以不同大小和输出水平的几个不同模块提供（参见图8).
图8：Sanidyne UV便携式区域消毒剂（图片：大西洋紫外线公司）
总体而言，LED技术和电子技术的进步将继续推动紫外线技术，并为其在医疗保健行业提供“光明”的未来，同时限制和帮助遏制细菌和疾病的传播。