묘사하다
UVC LED 성능의 향상과 함께, 이 비교적 새로운 기술의 채택은 생명 과학 및 환경 모니터링 기기의 추진력을 얻고있다. 모든 신흥 기술과 마찬가지로 설계자는 "플러그인" 교체를 가정하기보다는 기존 솔루션과 관련된 몇 가지 근본적인 차이점을 알고 있어야 합니다. 이를 통해 설계자는 UVC LED의 모든 장점을 실현할 수 있습니다. 신중한 고려 후 UVC LED는 설치 공간을 줄이고 전력 소비를 증가시켜 최종 사용자의 소유 비용을 높일 수 있습니다.
악기의 UVC LED
분광법에 대한 UVC LED의 관심은 소형화, 비용 절감 및 실시간 측정과 관련된 시장 동향을 해결할 수 있기 때문에 증가하고 있습니다. 중수소 또는 크세논 플래시 램프와 는 달리 LED에 의해 방출되는 스펙트럼은 매우 좁으며 장치의 모든 광 출력을 측정에 사용할 수 있습니다. 사용자는 응용 프로그램 요구 사항에 따라 관심의 특정 피크 파장을 선택할 수 있습니다. 특정 응용 분야에서는 표준화된 측정 방법이 개발되었으며 수은 램프의 배출 라인은 254nm입니다. 예를 들어 EPA 표준에 따라 측정된 물과 공기 질은 LED가 254nm의 피크 파장과 밀접하게 일치하도록 요구합니다. 표 1은 분광법으로 식별할 수 있는 생명 과학 연구, 약물 생산 및 환경 모니터링에서 몇 가지 중요한 유기 화합물을 보여줍니다.
표 1 피크 흡수 파장을 가진 일반적인 유기 화합물
광원 선택을 위한 또 다른 주요 표준 계측기는 피크 파장의 광 출력입니다. LED는 다른 UV 램프와 달리 단일 피크를 가지고 있기 때문에 광 출력은 특정 파장에 집중됩니다. 흡수 분광학 응용 프로그램은 일반적으로 낮은 수준의 광 출력-1 mW 이하를 요구합니다. 그러나, 유동 셀이 광원으로부터 분리되는 경우, 신호가 배터리에 도달하기 전에 상당한 빛 감쇠로 인해 더 높은 출력이 요구된다. 이렇게 하면 LED에서 요구하는 광 출력을 1mW 이상으로 높일 수 있습니다. 형광 분광법에서 신호 강도는 빛 강도에 직접 비례합니다. 흥분 전력은 검출해야 하는 미량 농도 수준에 따라 달라지므로 이러한 응용 분야에서는 단일 LED에 필요한 광 출력이 2mW보다 클 수 있습니다. 도 1은 기기의 일반적인 UV 광원 간의 돌이킬 수 없는 비교를 나타낸다. LED의 입력 전력은 훨씬 작지만 필요한 UVC 파장 조광도가 다른 광원보다 높기 때문에 특정 측정을 위한 보다 효과적인 광원이 됩니다.
그림 1 이 차트는 UVC LED, 크세논 플래시 램프 및 중테리움 램프의 돌격을 비교합니다.
파장 및 광 출력을 선택한 후, 또 다른 중요한 파라미터는 계측기의 광학 시스템에 영향을 미치기 때문에 시야각입니다. 대체로 두 가지 옵션-좁은 각도 또는 광각이 있습니다. 전자는 구형 렌즈로 달성되고 후자는 평평한 창을 가지고 있습니다. 좁은 시야각을 통해 작은 영역에서 고강도 빛을 얻을 수 있습니다. 이러한 유형의 패키지는 일반적으로 악기에 빛을 직접 초점을 맞출 때 사용됩니다.
평면 창 패키지는 더 넓은 방사선 패턴을 가지며 광섬유와의 정렬에 대한 허용 오차가 더 크며 원격 커플링에 사용할 수 있습니다. 고온 화학 공정 또는 고휘발성 용매 크로마토그래피를 모니터링하는 것과 같은 광원 및 전자 장비로부터 유동 전지를 분리해야 하는 응용 분야에 특히 적합합니다. 실용적인 어플리케이션에서는 좁은 각도구형 렌즈가 구성요소를 최소한으로 유지할 수 있으며, 평평한 창은 설계 유연성을 향상시킬 수 있습니다.
설계자가 광 출력 및 응용 수명 요구 사항의 균형을 맞출 수 있도록 드라이브 전류를 최적화합니다. 제조업체의 정격 전류 아래로 LED를 구동하면 광 출력이 감소하지만 광원의 수명도 증가합니다. 높은 LED 출력 전력이 필요한 응용 프로그램에서일부 최종 사용자는 데이터 시트 사양보다 더 높은 전류에서 LED를 실행하도록 선택합니다. 이러한 방식으로 드라이브 전류를 늘리면 광 출력이 증가할 수 있지만 특정 성능 위험도 가져옵니다.
과열은 LED의 광 출력과 수명에 부정적인 영향을 미치는 일반적인 문제입니다. LED의 즉각적인 스위칭 기능으로 인해 사람들은 주기적으로 LED를 빠르게 켜고 끌 수 있습니다. 형광에 적용하려면 일반적으로 더 높은 광 출력이 필요하며, 펄스 모드(듀티 사이클) 동작은 일반적으로 LED 전류를 보다 안전하게 증가시키는 데 사용됩니다. 듀티 사이클은 LED가 켜져 있는 기간의 백분율을 나타냅니다. 이 기간은 스위칭 주기를 완료하는 데 필요한 총 시간입니다. 예를 들어 50%의 듀티 사이클에서 작동하는 LED는 정확히 절반의 시간과 절반의 시간을 켭니다. 그림 2는 다양한 드라이브 전류 및 듀티 사이클에서 표준화된 광 출력을 나타낸다.
그림 2 여기서는 정규화된 광 출력에 대한 다양한 듀티 사이클의 효과를 볼 수 있으며 정시 500μs에서 일정하게 유지됩니다. 표준화된 전력은 적절한 방열판을 사용하여 100mA의 최대 정격 작동 전류의 광학 출력과 비교하여 상대 광학 출력 전력입니다.
높은 전류하에서 LED를 작동하면 LED 접합 온도에 영향을 미치고 수명과 광 출력에 영향을 미칩니다. 듀티 사이클을 최적화하면 구동 전류가 접합 온도에 미치는 영향을 최소화하여 LED 성능을 유지할 수 있습니다. 도 3은 LED의 접합 온도를 유지하는 데 대한 듀티 사이클에 영향을 미치는 효과를 보여 줍니다. 5%의 듀티 사이클로 작업하면 접합 온도에 미치는 영향을 최소화하여 광 출력의 3배 이상(그림 2에 도시됨)을 달성할 수 있습니다.
그림 3 이 그래프는 정시 500μs에서 일정하게 유지되는 동안 접합 온도에 대한 다양한 듀티 사이클의 효과를 보여줍니다.
과열은 LED의 광 출력과 수명에 부정적인 영향을 미칩니다. 장기적으로이 열은 LED의 수명을 줄일 수 있습니다. UVC LED로 설계할 때 열로 변환되는 에너지의 비율이 긴 파장 LED보다 크기 때문에 열 관리가 매우 중요합니다. 적절한 열 관리는 접합 온도를 지정된 응용 프로그램에 필요한 최저 온도로 유지하고 LED의 성능을 유지할 수 있습니다. 수동 및 능동 냉각 방법 외에도 선택한 PCB는 더 나은 열 방출을 가져올 수 있습니다.
도 4 이 그래프는 방열판 유무에 관계없이 알루미늄 코어 PCB의 열패드 온도(b)에 비해 방열판없이 FR4 및 알루미늄 코어 PCB의 열 패드 온도(a)를 나타낸다.
FR4는 상대적으로 저렴한 비용으로 가장 일반적으로 사용되는 PCB 재료 중 하나이지만 열 전도도도가 낮습니다. 시스템에서 열 부하가 높은 시스템에서 열 전도도가 더 높은 금속 코어 PCB가 더 나은 선택입니다. 열 방출에 대한 수요가 증가함에 따라 설계자는 일반적으로 PCB 영역을 늘리고 방열판을 추가하여 우수한 열 관리를 달성합니다. 추가 열 소멸이 필요한 경우 설계자는 보다 적극적인 냉각 기술을 사용할 수 있습니다. UVC LED의 성능이 향상됨에 따라 설계자는 분광 기기 및 소독 반응기의 설계 유연성을 활용하고 있습니다. 이러한 응용 분야에서 LED의 장점은 보다 컴팩트하고 효율적이며 종종 비용 효율적인 설계를 가능하게 합니다. 이 기술의 지속적인 발전과 함께, 스마트 디자이너는 이러한 시장의 과제를 해결하기 위해 UVC LED의 장점을 사용하는 더 많은 방법을 찾을 수 있습니다.
