怎么樣實(shí)現(xiàn)UVLED固化設(shè)備的穩(wěn)定性及可靠性細(xì)節(jié)

拓邦威電源之前探討過(guò)UVLED光源的設(shè)計(jì)思路，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是“以實(shí)現(xiàn)最理想的固化為核心，根據(jù)不同的應(yīng)用需求設(shè)計(jì)最合適的固化方案”，此所謂“以變應(yīng)變，以不變應(yīng)萬(wàn)變”也。遵循一個(gè)原則，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以客戶(hù)為導(dǎo)向，以應(yīng)用為導(dǎo)向，選擇最合適的方案，而不是簡(jiǎn)單的以產(chǎn)品或者設(shè)備為導(dǎo)向，拿一個(gè)固定的產(chǎn)品去打遍天下。

今天我們接著來(lái)談?wù)?/span>UVLED光源設(shè)計(jì)的方向和細(xì)節(jié)，如何實(shí)現(xiàn)UVLED固化設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性的問(wèn)題。

由于市場(chǎng)上大部分LED固化設(shè)備的供應(yīng)商都是從傳統(tǒng)的汞燈UV固化設(shè)備轉(zhuǎn)型過(guò)來(lái)的，對(duì)LED光源缺乏足夠的了解，只是簡(jiǎn)單的把UVLED光源理解為跟汞燈一樣的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，以為隨便買(mǎi)一條LED燈回來(lái)裝上去就是UVLED固化設(shè)備了。而做UVLED光源研發(fā)的企業(yè)，又缺乏對(duì)化學(xué)的了解，也缺乏對(duì)應(yīng)用的了解。至于做UV研發(fā)的同志們，也大都陷入在傳統(tǒng)的思維里面，以燈為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行UV的研發(fā)，而沒(méi)想過(guò)光源是否可以配合UV的研發(fā)同步進(jìn)行調(diào)整。最終的結(jié)果是做LED光源研發(fā)的和做UV材料研發(fā)的，在涂裝和固化的環(huán)節(jié)卻由既不懂LEDUV也不懂UVLED的機(jī)械設(shè)備商來(lái)主導(dǎo)。也正是因?yàn)檫@么多的錯(cuò)配，導(dǎo)致很多下游客戶(hù)購(gòu)置了LED固化設(shè)備之后，很多變成了擺設(shè)，進(jìn)而對(duì)UV-LED的發(fā)展失去了信心。

前面的文章探討過(guò)，UV-LED固化是一個(gè)系統(tǒng)工程，而LED光源自己也是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)的性能高低是由其整體的穩(wěn)定性和可靠性決定的。既然是系統(tǒng)，那就是牽一發(fā)而動(dòng)全身，任何一個(gè)地方出了問(wèn)題，都可能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至癱瘓。

跟汞燈不一樣，汞燈大體上只是UV固化設(shè)備的電源一個(gè)配件或者耗材，而LED光源自身就是一套獨(dú)立的系統(tǒng)，由四個(gè)部分組成：LED燈頭模組、散熱系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。一直以來(lái)關(guān)于LED光源大家探討得比較多的其實(shí)是LED燈頭，包括芯片的波長(zhǎng)、芯片的大小、芯片的量子效率、芯片的封裝方式等等，有很多專(zhuān)業(yè)的文章都已經(jīng)進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的介紹，具體的技術(shù)細(xì)節(jié)這里就不再重復(fù)。我重點(diǎn)從系統(tǒng)的角度出發(fā)，談?wù)?/span>LED固化設(shè)備在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中容易被忽略，而又要非常注意的方向和細(xì)節(jié)問(wèn)題。

LED光源系統(tǒng)的組成

散熱系統(tǒng)

我們說(shuō)LED是冷光源，其實(shí)LED的發(fā)熱量也非常大，UVLED的光電轉(zhuǎn)換效率，395nm大概能達(dá)到70%，365nm的芯片就只有30%左右，而深紫外的UVC波段的轉(zhuǎn)換效率只有3-5%的水平，根據(jù)能量守恒的原理，電能除了轉(zhuǎn)換成光能以外，剩下的部分基本就轉(zhuǎn)換成了熱能。而LED的光衰跟節(jié)溫是正相關(guān)的，假如散熱沒(méi)做好，往往會(huì)導(dǎo)致LED的發(fā)光功率陷入死循環(huán)：溫度上升，光衰加大，加大電流，溫度進(jìn)一步上升，光衰進(jìn)一步加大。

LED的節(jié)溫、光衰、和輸入電流的相互影響

所以在設(shè)計(jì)LED光源系統(tǒng)的時(shí)候，散熱是非常重要的一環(huán)。要根據(jù)電源功率、光電轉(zhuǎn)換效率選擇匹配的散熱方式。目前在大功率的LED光源系統(tǒng)，比較常用的是水冷的散熱方式，在設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)的時(shí)候，要兼顧水冷機(jī)的制冷量、水流量、水溫、揚(yáng)程方面的平衡。

這里特別要注意的是水溫的控制，理論上為了達(dá)到更好的散熱效果，水溫越低越好，但是不可忽略的是過(guò)低的水溫，會(huì)導(dǎo)致燈板出現(xiàn)冷凝水的情況，帶來(lái)電子元器件短路的風(fēng)險(xiǎn)。所以在做好密封性防水的工作以外，也應(yīng)該根據(jù)不同的施工環(huán)境，不同的溫度、濕度等等來(lái)選擇合適的水溫和水壓。

除了散熱的效率以外，還需要注意散熱的均勻性。前面說(shuō)過(guò)了，溫度對(duì)光衰的影響非常大，我們?cè)谕垦b生產(chǎn)線上，往往一條LED燈的發(fā)光面長(zhǎng)度會(huì)達(dá)到一米多長(zhǎng)，如果散熱的均勻性做得不好，就可能會(huì)出現(xiàn)不同位置的光強(qiáng)不均勻現(xiàn)象，這樣對(duì)固化的結(jié)果也會(huì)帶來(lái)比較大的影響，同時(shí)，同一條LED燈不同位置的芯片的使用壽命也會(huì)出現(xiàn)比較大的偏差。

電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)占到整個(gè)LED固化設(shè)備的成本的三分之一之多，也有很多研究者提出過(guò)各種更低成本的電源方案，但是目前主流的方案依然是選擇恒流源驅(qū)動(dòng)。關(guān)于恒流源與恒壓源的工作原理，各自的優(yōu)缺點(diǎn)，LED的伏安特性以及不同溫度下的伏安特性，為什么選擇LED恒流源驅(qū)動(dòng)等等，之前的文章已經(jīng)有過(guò)詳細(xì)的介紹，這里就不再展開(kāi)細(xì)說(shuō)。

這里主要給大家講一些在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候容易被忽略但是又容易帶來(lái)不良的后果的細(xì)節(jié)方面的東西。

做LED光源的人都知道，每一個(gè)光源模組都會(huì)有很多顆芯片（燈珠），每一顆芯片（燈珠）都有一個(gè)額定的最大電壓和電流值的，如何設(shè)計(jì)芯片的串并聯(lián)數(shù)量，也是一件很講究的事情。首先我們得考慮人體的安全電壓，決定串聯(lián)的最大值；其次我們要考慮施工的便捷性和電纜的尺寸大小，決定串并聯(lián)的多少；還要根據(jù)應(yīng)用的需求（譬如功率，光強(qiáng)等等）來(lái)決定燈板上面燈珠的排布，結(jié)合電源的常見(jiàn)規(guī)格進(jìn)行合理配置；在工業(yè)應(yīng)用上，我們還需要考慮輕微的故障（故障是不可能百分百消除的，我們只能盡可能的降低故障的發(fā)生幾率）對(duì)生產(chǎn)的影響，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，給予系統(tǒng)一定的容錯(cuò)率，避免因?yàn)檩p微故障而影響正常的生產(chǎn)。

層板式電源柜

另外，不得不提的是電源系統(tǒng)的散熱問(wèn)題。給芯片散熱或許已經(jīng)是一種常識(shí)，但是電源系統(tǒng)的散熱一樣重要。一般來(lái)說(shuō)，小功率的電源，通過(guò)輻射散熱就可以滿(mǎn)足要求，但是我們?cè)诠I(yè)上應(yīng)用的都是大功率的產(chǎn)品，所以就不能忽略電源發(fā)出來(lái)的熱的影響。因?yàn)槌鲇诜缐m等的考慮，電源一般都會(huì)安裝在封閉的電源箱里面，根據(jù)各個(gè)不同品牌的電源的能耗數(shù)據(jù)，發(fā)熱量會(huì)占到整個(gè)電源功率的8-12%，也是一個(gè)不容小覷的數(shù)字。假如電源發(fā)出的熱不能及時(shí)散掉，環(huán)境溫度升高，不但會(huì)影響電源通過(guò)輻射散熱的效率，同時(shí)密閉空間的溫度上升，也會(huì)對(duì)其它的電子元器件包括電線等等帶來(lái)負(fù)面的影響，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

在給電源散熱以外，還有一個(gè)容易被忽略的是電源線的發(fā)熱問(wèn)題，由于在設(shè)計(jì)LED光源的時(shí)候，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)燈板的獨(dú)立控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控，會(huì)有大量的電源線存在，在大電流驅(qū)動(dòng)下，電源線的發(fā)熱量也是不可忽視的，特別是在電纜里面很多根電線并排的情況下，過(guò)熱導(dǎo)致電源線外層的塑膠保護(hù)層融合而引發(fā)短路火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。所以電源線的大小、電阻等等也需要根據(jù)需要進(jìn)行合理選擇，確保使用負(fù)荷要在設(shè)計(jì)負(fù)荷的安全范圍之內(nèi)。

在考慮散熱問(wèn)題的時(shí)候，還要注意積塵導(dǎo)致電路板電子器件的散熱受阻而出現(xiàn)溫度過(guò)高的問(wèn)題，在多塵的工作環(huán)境當(dāng)中，防塵工作也是必須的。

智能控制系統(tǒng)

在前面的文章中有提到過(guò)，由于LED即開(kāi)即用的特性，通過(guò)紅外來(lái)料感應(yīng)，增加LED自啟停功能，可以有效降低實(shí)際工作時(shí)長(zhǎng)，達(dá)到更好的節(jié)能效果。這只是智能控制系統(tǒng)的其中一個(gè)小功能。

自動(dòng)化、智能化并不僅僅是因?yàn)槿丝诶淆g化，勞動(dòng)力不足，需要機(jī)器替代人那么簡(jiǎn)單，智能化的目標(biāo)是流程的標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)的個(gè)性化、產(chǎn)品的精準(zhǔn)化。但是要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，需要有工業(yè)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，需要云計(jì)算的支持。就以UV-LED家具涂裝為例，設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單的智能控系統(tǒng)，也需要我們對(duì)UV涂料的配方設(shè)計(jì)和固化原理、LED光源的性能特點(diǎn)、涂裝工藝的流程設(shè)計(jì)有著深入的認(rèn)識(shí)和透徹的理解，對(duì)涂裝過(guò)程中遇到的所有問(wèn)題都了然于胸，并且有著從根本上解決問(wèn)題的方法，對(duì)不同的應(yīng)用要求，不同的基材特點(diǎn)，都有不同的解決方案，只有這樣，才能改進(jìn)工藝，優(yōu)化流程，三位一體，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、環(huán)保的目標(biāo)。

其他需要考慮的問(wèn)題還有紫外光輻射的防護(hù)，包括人體防護(hù)和設(shè)備自身的防護(hù)等等；除了VOC排放對(duì)環(huán)境影響，還有熱、噪音等等帶來(lái)的安全和環(huán)保問(wèn)題。另外，如何實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與定制化的平衡，成本與性能的平衡等等，總之，我們?cè)谧鱿到y(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須從系統(tǒng)的全局去考慮問(wèn)題，避免犯“解決一個(gè)問(wèn)題，同時(shí)又帶來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題”的錯(cuò)誤。