기술노트- UV-C 살균 LED 조명 및 LED 드라이버

공지사항

기술노트- UV-C 살균 LED 조명 및 LED 드라이버

운영자 0 35 11.04 09:37

소개
자외선C(UV-C) 살균 LED 조명은 표면 접촉용 세균 소독을 주로 목적으로 하는 전염병(Covid-19) 꽃시장 중 하나이다. 현재 저압 Mercury UV-C 멸균등도 사용되지만 더 많은 에너지를 소모하고 멸균 사이클을 시작하기 위해서는 대기 시간이 필요하다. 이에 UV-C LED 조명은 기업이 자원을 투자해 호텔이나 자동차열차, 병원 등에서 사용할 UV-C LED 조명기구를 설계하는 등 인기를 끌고 있다. 다른 회사들은 은행 기계와 같이 자주 만지는 표면을 소독하기 위해 기존 제품에 UV-C LED 조명을 추가하는 작업을 하고 있다. 이 백서에서는 UV-C LED와 UV-C 멸균 LED 라이트 및 UV-C LED 조명에 적합한 MEAN WEL LED 드라이버를 설명한다.


UV-C LED:
조명에 사용되는 LED와는 달리 UV-C LED는 보통 275nm 파장에서 보라색 또는 보라색 스펙트럼을 발산하며, 조명 LED의 산란 파장과 비교했을 때 상대 강도는 275nm 파장에서 정점을 이룬다. 그림 1a는 그림 1b의 조명 LED 대비 275nm에서 상대 강도가 100%인 UV-C LED의 상대 강도를 보여준다. 세균을 효과적으로 살균하기 위해 UV-C LED를 275nm 파장에 100% 집약해 제작한다. 




 그림 1a: 275nm 파장에서 UV-C LED 상대 강도

 
   그림 1b: 조명 LED 산란 파장
 
 


UV-C 살균 LED 조명:
UV-C 살균 LED 조명은 표면을 소독하는 데 두 가지 중요한 매개 변수를 가지고 있다. 거리와 타이밍. UV-C LED는 2개 정도 입니다.5W는 그림 3과 같이 5cm 표면에 걸쳐 99.9%의 방사조도를 출력할 수 있다. 일조도는 표면 위의 플럭스 에너지 또는 밝기의 양이다. 즉, 6cm 표면에 걸쳐 99.9%의 세균을 살균할 수 있다. 그러나 표면이 10cm 정도 더 멀어지면 살균율은 25%로 떨어진다. 멸균율을 높이려면 시간이 더 필요하다. 




   그림 2: UV-C LED 방사조도 대 거리     


       그림 3: UV-C LED 방사조도 대 거리              


 
그림 2의 곡선은 45cm에 약 5분, 100cm에서 99.9%까지 약 18분이 소요되는 거리 대 시간을 나타낸다. 따라서 시간과 거리는 UV-C 살균 LED 조명의 중요한 매개변수다. 또한, 그것은 종종 프로그램된 On/Off 제어로 설계하여 멸균당 15분 또는 30분 같은 주기로 표면을 멸균한다.
 
거리, 시간 및 ON/OFF 제어는 UV-C LED를 구동하는 데 적합한 LED 드라이버를 선택하는 것과 직접적인 관련이 있다. 표 1은 UV-C 살균 LED 조명을 표면 위에서 45~60cm, 180~420cm 살균하는 데 필요한 LED 드라이버 출력 전력을 보여준다. 예를 들어 20W LED 드라이버를 사용해 18W UV-C LED 어레이에 전원을 공급해 45~60cm 표면에 99.9%의 세균을 약 5분간 살균할 수 있다. 딤투오프 기능이 있는 LED 드라이버는 사이클 멸균을 위해 조명을 켜거나 끌 수 있도록 한다. 조명 LED와 마찬가지로 전자가 UV-C LED를 직접 구동하고 후자는 DC-DC 스텝다운 LED 드라이버가 내장된 간접 구동인 정전류 또는 정전압 LED 드라이버에 의해 구동될 수 있다.

 
Application RequirementsLED Driver RequirementsMEAN WELL LED drivers
Sterilization Distance over surface
(45~60 cm)
Constant Voltage12V&24V/20WIDLV-25-12/24
IDPV-25-12/24
Constant current20WIDLC-25-350/500
IDPC-25-350/500
XLG-25-AB
Cycle on/off controlDim-to-offDim-to-off
Sterilization Distance over surface
 (180~420 cm)
Constant Voltage12V&24V/60WNPF-60-12/24
PWM-60-12/24
XLG-75-12/24
Constant current60WXLG-75-L/H-AB
Cycle on/off controlDim-to-offDim-to-off
 
표 1: LED 드라이버 전원 vs 표면 살균 거리

요약하면 UV-C 살균 LED 조명은 약 275nm의 파장을 가지고 있어 UV-C LED는 정전류 또는 정전압 LED 드라이버에 의해 구동될 수 있다. 또한 LED 드라이버의 Diam-to-off 기능을 활용한 사이클로 표면을 살균한다. 주어진 거리에 대한 멸균 시간을 단축하기 위해서는 보다 높은 전력 LED 드라이버가 필요하다. 표 2에는 45~60cm, 180~420cm 거리의 UV-C 살균 LED 조명에 적합한 딤투오프 기능이 있는 MEAN WEL LED 드라이버 모델이 나열되어 있다. 또한, XLG-100/150/200/240 시리즈는 360도 UV-C 멸균 LED 조명에 더 높은 정격 전력을 사용할 수 있다.  

 
Reference:
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/  
 



INTRODUCTION

Ultraviolet C (UV-C) Sterilization LED Lighting is one of the Pandemic (Covid-19) blooming market that mainly aims to disinfect germs for surface contacts. Currently, Low-pressure Mercury UV-C Sterilization light is also used but it consumes more energy and requires wait time to start up the sterilization cycles. Thus, UV-C LED lighting has become popular that companies are investing resources to design UV-C LED light fixtures to be used in hotels, car trains or hospitals. Other companies are working to add UV-C LED light to existing products to disinfect frequently touched surfaces such as banking machines. This whitepaper discusses the UV-C LED and UV-C sterilization LED Light and suitable MEAN WELL LED drivers for UV-C LED Lighting.     

UV-C LED:

Unlike LED used for illumination, the UV-C LED emits violet or purple color spectrum at typically 275nm wavelength and the relative intensity peaks at 275nm wavelength as compare to the scattered wavelengths of illumination LED. Figure 1a shows the relative intensity of a UV-C LED with 100% relative intensity at 275nm vs the illumination LEDs of Figure 1b. To effectively sterilize germ, the UV-C LED is fabricated with 100% intensity concentrated at 275nm wavelength.




 Figure 1a: UV-C LED relative intensity at 275nm wavelength   


 
   Figure 1b: Illumination LED scattered wavelengths
 
 


UV-C sterilization LED Light:

UV-C sterilization LED light has two important parameters to disinfect a surface: Distances and Timing. Single UV-C LED that is about 2.5W can output 99.9% irradiance over a 5cm surface as illustrated in figure 3. Irradiance is amount of flux energy or brightness over a surface. In other words, it can sterilize 99.9% of germs over a 6cm surface. However, when the surface is a bit farther such 10cm, the sterilization rate drops to 25%. To increase the sterilization rate, longer time is required.




   Figure 2: UV-C LED irradiance vs distance     


       Figure 3:  UV-C LED irradiance vs distance              


 
The curve of figure 2 shows the distance vs time that it takes about 5 mins for 45cm and about 18 mins for 100 cm to 99.9% sterilize the surface. Thus, time and distances are critical parameters of UV-C sterilization LED light. Also, it often designs with programmed on and off control to sterilize a surface by cycles such as 15 mins or 30 mins per sterilization.
 
Distance, time, and on/off control are directly related to select an appropriate LED driver to drive the UV-C LEDs. Table 1 shows LED driver output power needed for a UV-C sterilization LED light to sterilize 45~60 cm and 180~420 cm over the surface. For instance, a 20W LED driver can be used to power 18W UV-C LED array to sterilize 99.9% of germs over a 45~60 cm surface for about 5 mins. LED driver with dim-to-off function allows the light to be programed on/off for cycle sterilization. Similar to illumination LED, it can be driven by a constant current or a constant voltage LED driver that the former is directly drive the UV-C LED and the latter is indirectly drive with a built-in DC to DC step down LED driver.


 
Application RequirementsLED Driver RequirementsMEAN WELL LED drivers
Sterilization Distance over surface
(45~60 cm)
Constant Voltage12V&24V/20WIDLV-25-12/24
IDPV-25-12/24
Constant current20WIDLC-25-350/500
IDPC-25-350/500
XLG-25-AB
Cycle on/off controlDim-to-offDim-to-off
Sterilization Distance over surface
 (180~420 cm)
Constant Voltage12V&24V/60WNPF-60-12/24
PWM-60-12/24
XLG-75-12/24
Constant current60WXLG-75-L/H-AB
Cycle on/off controlDim-to-offDim-to-off
 
Table 1: LED driver power vs sterilization distance over surface
 

In summary, UV-C sterilization LED light has a wavelength of about 275nm that the UV-C LED can be driven by either a constant current or constant voltage LED drivers. Also, it sterilizes a surface by cycles that utilizes the LED driver’s dim-to-off function. To shorten the sterilization time for a given distance, higher power LED driver is needed. Table 2 lists the MEAN WELL LED drivers models with dim-to-off function that are suitable for UV-C sterilization LED light for 45~60 cm and 180~420cm distance surfaces. Moreover, XLG-100/150/200/240 series higher power ratings are also available for 360-degree UV-C sterilization LED light.      

 
Reference:
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/