紫外線UV-C殺菌LED燈與LED驅動器

文: Brian Lu/工程部
brian@meanwellusa.com

   

引言:

因應新冠肺炎疫情影響,短波紫外線 (UV-C) 殺菌設備的市場需求越來越高。 傳統式UV-C殺菌設備所採用的低壓汞燈設計有低效率及需要預熱等缺點,因此新型LED設計得到越來越多的青睞。更多製造廠商投入到研發UV-C LED殺菌設備當中。此類設備不僅可用於飯店,醫院及交通工具的消毒,還可用於銀行自動取款機等會被頻繁觸碰的機器的殺菌。本文中會討論UV-C殺菌LED的原理,設計要求及適合的明緯電源推薦。
 

UV-C LED:

與常規照明所使用的LED發射的分散型波長光不同,UV-C LED則通常發射100%強度時波長為275nm的短波紫外線以起到殺菌作用。圖1a與圖1b分別為UV-C LED和照明LED的強度與波長關係圖。為了保證有效的殺菌,UV-C LED設計著重於保證100%強度下波長為275nm
 

圖1a: UV-C LED波長與強度曲線


圖1b: 照明LED分散型波長與強度曲線


 

殺菌LED燈:

UV-C LED用於殺菌時需要注意兩個方面: 距離與時間。如圖3所示,單一一顆2.5瓦的UV-C LED可以殺死直徑為10釐米的平面內百分之九十九的細菌。由於輻射照度等於單位面積內的輻射通量,且距離越遠時,輻射通量越低。如果一個光源距離平面6 釐米時可殺死99.9%的細菌,將相同光源放遠到10釐米時,則只能在相同時間內殺死25%的細菌。為達到相同殺菌效果,就需要更長的光照時間。

 

圖 2: UV-C LED照度與距離曲線

圖3:  UV-C LED 照度與距離示意圖

如圖2的距離與時間的關係曲線所示,當光源距離45釐米殺死99.9%的細菌需要5分鐘,但距離100釐米時則需要18分鐘。所以時間與距離是UV-C LED使用中的兩個重要參量。UV-C LED設備也常常具有可以設置每定時開關迴圈殺菌的功能。常見的開關頻率為每15或30分鐘。
 
如何選擇適合於UV-C應用的LED電源與距離,時間,還有開關控制功能密切相關。表1列舉了光源距離45~60釐米和180~420釐米時UV-C殺菌燈對LED電源輸出功率的要求。例如在45~60釐米內,一個20W的LED電源可以驅動18W的殺菌燈在5分鐘內殺死99%的細菌。具有調光關斷功能的LED電源符合可程式設計迴圈殺菌設備的要求。 與照明的LED燈具相同,恆定電流或恆定電壓LED 電源皆可用於驅動UV-C LED。恆流電源多用於直接驅動LED燈珠。恆壓電源則多用於配合DC到DC的輔助LED電源來驅動LED殺菌設備
 

表1: LED電源與殺菌距離對照表
應用需求 LED電源規格 明緯LED機型
殺菌距離
(45~60釐米)
恆壓 12V&24V/20W IDLV-25-12/24
IDPV-25-12/24
恆流 20W IDLC-25-350/500
IDPC-25-350/500
XLG-25-AB
迴圈開關控制 調光可關斷 調光可關斷
殺菌距離
(180~420釐米)
恆壓 12V&24V/60W NPF-60-12/24
PWM-60-12/24
XLG-75-12/24
恆流 60W XLG-75-L/H-AB
迴圈開關控制 調光可關斷 調光可關斷
表1: LED電源與殺菌距離對照表

總結

UV-C殺菌LED發射波長為275nm的短波紫外線。該種LED可使用恆流電源或恆壓電源驅動。具有調光關斷功能的LED電源可以滿足迴圈殺菌控制的需求。如果需要縮短一定距離內的殺菌時間,則需要高瓦數的LED電源。表1列舉了適合45~60釐米和180~420釐米且具有調光可關斷功能的明緯LED電源。此外明緯XLG-100/150/200/240系列的高瓦數系列亦可應用於360度UV-C殺菌燈中。
 
參考:
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/
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