紫外线UV-C杀菌LED灯与LED驱动器

因应新冠肺炎疫情影响，短波紫外线 (UV-C) 杀菌设备的市场需求越来越高。 传统式UV-C杀菌设备所采用的低压汞灯设计有低效率及需要预热等缺点，因此新型LED设计得到越来越多的青睐。更多制造厂商投入到研发UV-C LED杀菌设备当中。此类设备不仅可用于酒店，医院及交通工具的消毒，还可用于银行自动取款机等会被频繁触碰的机器的杀菌。本文中会讨论UV-C杀菌LED的原理，设计要求及适合的明纬电源推荐。
 

UV-C LED:

与常规照明所使用的LED发射的分散型波长光不同，UV-C LED则通常发射100%强度时波长为275nm的短波紫外线以起到杀菌作用。图1a与图1b分别为UV-C LED和照明LED的强度与波长关系图。为了保证有效的杀菌，UV-C LED设计着重于保证100%强度下波长为275nm
 

图1a: UV-C LED波长与强度曲线

图1b: 照明LED分散型波长与强度曲线


 

杀菌LED灯:

UV-C LED用于杀菌时需要注意两个方面: 距离与时间。如图3所示，单一一颗2.5瓦的UV-C LED可以杀死直径为10厘米的平面内百分之九十九的细菌。由于辐射照度等于单位面积内的辐射通量，且距离越远时，辐射通量越低。如果一个光源距离平面6 厘米时可杀死99.9%的细菌，将相同光源放远到10厘米时，则只能在相同时间内杀死25%的细菌。为达到相同杀菌效果，就需要更长的光照时间。

 

图 2: UV-C LED照度与距离曲线

图3:  UV-C LED 照度与距离示意图

如图2的距离与时间的关系曲线所示，当光源距离45厘米杀死99.9%的细菌需要5分钟，但距离100厘米时则需要18分钟。所以时间与距离是UV-C LED使用中的两个重要参量。UV-C LED设备也常常具有可以设置每定时开关循环杀菌的功能。常见的开关频率为每15或30分钟。
 
如何选择适合于UV-C应用的LED电源与距离，时间，还有开关控制功能密切相关。表1列举了光源距离45~60厘米和180~420厘米时UV-C杀菌灯对LED电源输出功率的要求。例如在45~60厘米内，一个20W的LED电源可以驱动18W的杀菌灯在5分钟内杀死99%的细菌。具有调光关断功能的LED电源符合可程序设计循环杀菌设备的要求。 与照明的LED灯具相同，恒定电流或恒定电压LED 电源皆可用于驱动UV-C LED。恒流电源多用于直接驱动LED灯珠。恒压电源则多用于配合DC到DC的辅助LED电源来驱动LED杀菌设备
 

表1: LED电源与杀菌距离对照表
 

总结

UV-C杀菌LED发射波长为275nm的短波紫外线。该种LED可使用恒流电源或恒压电源驱动。具有调光关断功能的LED电源可以满足循环杀菌控制的需求。如果需要缩短一定距离内的杀菌时间，则需要高瓦数的LED电源。表1列举了适合45~60厘米和180~420厘米且具有调光可关断功能的明纬LED电源。此外明纬XLG-100/150/200/240系列的高瓦数系列亦可应用于360度UV-C杀菌灯中。
 
参考:
1. https://www.cree.com/led-components/media/documents/data-sheet-JSeries-3030.pdf
2. https://download.luminus.com/datasheets/Luminus_XBT-3535-UV_Datasheet.pdf
3. www.cel.com/pdf/datasheets/CL7003C2.pdf
4. https://www.klaran.com/time-required-surface-disinfection
5. https://smartairfilters.com/en/blog/uv-light-kill-covid19-virus-uvc-disinfect-sanitizer/