Описвам
С подобряването на производителността на UVC LED, приемането на тази сравнително нова технология набира скорост в науката за живота и инструментите за мониторинг на околната среда. Както при всички нововъзникващи технологии, дизайнерите трябва да са наясно с някои фундаментални различия, свързани със съществуващите решения, вместо да поемат заместители на "добавката". Това дава възможност на дизайнерите да реализират пълните предимства на UVC светодиодите. След внимателно обмисляне, UVC светодиодите могат да намалят отпечатъка и консумацията на енергия, увеличаващи разходите за собственост за крайния потребител.
UVC LED в инструмента
Интересът на UVC светодиодите за спектроскопия се увеличава, защото те могат да се справят с пазарните тенденции около миниатюризацията, намаляването на разходите и измерването в реално време. За разлика от деутерийните или ксенонните светкавици, спектърът, излъчван от светодиода, е много тесен, а целият светлинен изход на устройството може да се използва за измерване. Потребителят може да избере конкретната пикова дължина на вълната на интерес според изискванията за кандидатстване. В определени приложения е разработен стандартизиран метод за измерване, а емисионната линия на живачния фар е 254nm. Например качеството на водата и въздуха, измерено съгласно стандартите на СИП, изисква светодиодите да съответстват тясно на пиковата дължина на вълната от 254 nm. Таблица 1 показва някои важни органични съединения в научните изследвания в областта на живота, производството на наркотици и мониторинга на околната среда, които могат да бъдат идентифицирани чрез спектроскопия.
Таблица 1 Общи органични съединения с дължина на пиковата абсорбция на вълната
Друг основен стандартен инструмент за избор на източник на светлина е светлинният изход на върховата дължина на вълната. Тъй като светодиодът има единичен връх, за разлика от други UV лампи, светлинният изход е концентриран при специфична дължина на вълната. Абсорбционните спектроскопия приложения обикновено изискват ниски нива на светлинен изход-1 mW или по-малко. Въпреки това, в случая, когато поточната клетка е изолирана от източника на светлина, се изисква по-висок изход поради значителното светлинно атенюиране, преди сигналът да достигне батерията. Това може да увеличи светлинния изход, необходим от светодиода, до повече от 1 mW. При спектроскопията на флуоресценцията интензивността на сигнала е пряко пропорционална на интензивността на светлината. Мощността на възбуждане зависи от нивото на концентрация на следата, което трябва да бъде открито, така че в тези приложения светлинният изход, изискван от един светодиод, може да бъде по-голям от 2 mW. Фигура 1 показва сравнението на облъчването между общите UV източници на светлина в инструмента. Въпреки че входната мощност на светодиода е много по-малка, необходимото облъчване с дължина на вълната uVC е по-високо от другите източници на светлина, което го прави по-ефективен източник на светлина за конкретни измервания.
Фигура 1 Тази диаграма сравнява облъчването на UVC LED, ксенон флаш лампа и деутерийна лампа.
След като изберете дължината на вълната и светлинния изход, друг важен параметър е зрителният ъгъл, защото ще повлияе на оптичната система на инструмента. Най-общо казано, има два варианта-тесен ъгъл или широк ъгъл. Първият се постига със сферичен обектив, а последният е с плосък прозорец. Тесният зрителен ъгъл позволява да се получи високо интензитетна светлина в малка област. Този тип опаковка обикновено се използва при фокусиране на светлината директно в инструмента.
Пакетът на равнинния прозорец има по-широк радиационен модел, и има по-голям толеранс за привеждане в съответствие с оптичното влакно, и може да се използва за дистанционно прикачване. Той е особено подходящ за приложения, при които поточната клетка трябва да бъде изолирана от източника на светлина и електронното оборудване, като наблюдение на химични процеси с висока температура или високо летлива хроматография на разтворителя. При практическите приложения сферичен обектив с тесен ъгъл може да поддържа компонентите в инструмента до минимум, докато плоският прозорец може да подобри гъвкавостта на дизайна.
Оптимизирайте задвижващия ток, така че дизайнерът да може да балансира изискванията за светлинния изход и живота на приложението. Шофирането на светодиода под номиналния ток на производителя ще намали светлинния изход, но също така ще увеличи живота на източника на светлина. В приложения, които изискват висока светодиодна изходна мощност, някои крайни потребители избират да изпълняват светодиоди при по-високи течения от спецификациите на лист с данни. Увеличаването на задвижващия ток по този начин може да увеличи светлинния изход, но носи и определени рискове за производителността.
Прегряването е често срещан проблем, който ще повлияе отрицателно на светлинния изход и живота на светодиода. Поради моментната възможност за превключване на светодиода, хората могат бързо да включат и изключат светодиода периодично. Приложенията в флуоресценцията обикновено изискват по-висока светлинна мощност, а пулсовият режим (цикъл на митото) обикновено се използва за по-безопасно увеличаване на LED тока. Цикъл на митото се отнася до процента на период от време, че светодиодът е включен; периодът е общото време, необходимо за завършване на цикъл на превключване. Например светодиод, работещ с 50% цикъл на митото, ще включи точно половината от времето и половината от времето. Фигура 2 показва стандартизирания светлинен изход при различни задвижващи токове и цикли на дежурство.
Фигура 2 Тук виждаме ефекта от вариращия цикъл на митото върху нормализирания светлинен изход, докато навремето остава постоянен при 500μs. Стандартизираната мощност е относителната оптична изходна мощност, сравнена с оптичния изход на максималния номинален работен ток от 100 mA, като се използва подходяща топлинна мивка.
Експлоатацията на светодиода при висок ток ще повлияе на температурата на LED кръстовището, което ще повлияе на температурата на LED кръстовището и ще повлияе на жизнения и светлинния изход. Оптимизирането на цикъла на митото може да сведе до минимум въздействието на увеличения ток на задвижване върху температурата на кръстовището, като по този начин се поддържа LED производителността. Фигура 3 илюстрира ефекта от оказването на влияние върху цикъла на митото върху поддържането на температурата на кръстовката на светодиода. Чрез работа с 5% цикъл на митото може да се постигне повече от три пъти светлинния изход (както е показано на фигура 2), с минимално въздействие върху температурата на кръстовището.
Фигура 3 Тази графика показва ефекта от вариращия цикъл на митото върху температурата на кръстовището, докато навремето остава постоянен при 500μs.
Прегряването ще има отрицателно въздействие върху светлинния изход и живота на светодиода. В дългосрочен план тази топлина ще намали продължителността на живота на светодиода. Когато проектирате с UVC светодиоди, термично управление е много важно, защото делът на енергията, превърната в топлина, е по-голяма от тази на светодиодите с дължина на дългите вълни. Правилното термично управление може да поддържа температурата на кръстовището при най-ниската температура, необходима за дадено приложение, и да поддържа производителността на светодиода. В допълнение към пасивните и активни методи за охлаждане, избраният PCB може да донесе и по-добро разсейване на топлината.
Фигура 4 Тази графика показва температурата на термичната подложка (а) на FR4 и алуминиевото ядро PCB без топлинна мивка в сравнение с температурата на термичната подложка (б) на алуминиевото ядро PCB със и без топлинна мивка.
FR4 е един от най-често използваните PCB материали заради сравнително ниската си цена, но има и ниска топлопроводимост. В система с по-високо топлинно натоварване в системата, метално ядро PCB с по-добра топлопроводимост е по-добър избор. Тъй като търсенето на разсейване на топлината се увеличава, дизайнерите обикновено се обръщат към увеличаване на PCB площ и добавяне на топлинни мивки за постигане на отлично термично управление. Ако се изисква допълнително разсейване на топлината, дизайнерите могат да използват по-активни техники за охлаждане. С подобряването на производителността на светодиодите на UVC дизайнерите се възползват от проектната гъвкавост на спектроскопичните инструменти и реакторите за дезинфекция. Предимствата на светодиодите в тези приложения позволяват по-компактни, ефективни, а често и по-рентабилни дизайни. С непрекъснатото развитие на тази технология интелигентните дизайнери ще намерят повече начини да използват предимствата на UVC LED, за да отговорят на предизвикателствата на тези пазари.
