紫外线LED消毒设备中的电源

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。

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。

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）。

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）：

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）：

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：

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：