UVC LED能够提供长达10年的可靠、免维护性能，因此越来越多地用于当今的低流量、使用点（POU）水消毒系统。同时，设计工程师已经开始将UV-C LED用于流量明显更高的入口点 （POE） 家庭和工业水处理系统。大流量家庭/工业入口点（POE）水处理系统需要更多的LED，从一开始就确定预计LED数量的使用寿命和可靠性至关重要。本文演示了在POE系统设计阶段考虑LED负载的可靠性数据的重要性，同时提供了NSF 55 B级POE反应器在不同流速下的性能测试结果。NSF B级紫外线水处理系统安装在住宅应用的入口点（POE）处，以保护家中的水免受机会性管道病原体或市政基础设施中可能的残留污染物的影响，以确保水质。
较高POE流速下的LED性能
一·目前汞灯仍然是POE应用的主要技术，但产品工程师正在考虑新的更高流量设计，以利用UVC LED提供的许多优势，包括更有效的杀菌光源、显著提高的设计灵活性和降低最终用户的拥有成本——这是真正的双赢。与当前已建立的使用点POU系统一样，了解POE系统的生命周期终止性能并进行设计至关重要。因此，了解LED可靠性如何受所用LED数量的影响，将使设计人员能够创建几乎可以满足任何应用性能、维护和成本要求的家庭和工业水消毒系统。典型的POU系统，例如台面或水槽下净化器，通常采用2到5个LED，流速为每分钟0.5至1加仑。另外，全屋消毒系统目前每分钟处理5到40加仑，大多数以每分钟大约10到25加仑的速度运行，旨在满足NSF 55 B级消毒标准（《NSF/ANSI 55-2019》标准发布于2019年，是紫外线水消毒领域的美国国标，也是国际通用的权威标准，分为CLASS A与CLASS B两个评价等级，其中CLASS A可灭杀病毒、孢子等致病性的微生物；CLASS B可减少自然产生的非致病性有害微生物。2019年，该标准进行了重大更新，为UVC LED灯珠增加了一套专用的认证方案。新版标准将紫外线评估波长从254nm扩展到240-300nm，评价等级所涉的微生物也调整为Qβ噬菌体）。
图1：Watersprint基于UV-C LED的POE系统在各种流速下的性能。数据由Watersprint（watersprint.com）提供。作者注：紫外线剂量已通过微生物灭活测试验证。流量由水泵控制-该装置的容量范围为每分钟6至14加仑。由于测试的设备是B类系统，因此不需要紫外线传感器。图1表明，仅使用16个LED的POE系统可以以每分钟10加仑的速度满足NSF B类性能，满足标准住宅系统的要求。这很关键，因为从系统成本的角度来看，清楚地表明，设计人员只需10到20个LED，就可以在更高的流速下满足NSF 55 B级性能，这个数字比以前认为的要低得多。因此，证实了从UV-C LED的角度来看，基于UVC LED的系统非常适合高流量的家庭和工业系统。
UVC LED水处理系统设计核心要素
一：光学设计
剂量控制：需确保紫外线能量达到30mJ/cm²的国家标准，通过延长照射时间或优化光路结构实现
配光优化：采用二次光学设计将120度发散角聚焦至10度，提升光线利用率
波段选择：270-280nm波段杀菌效率最佳，需匹配芯片波长特性
二： 结构设计
散热系统：采用氮化铝基板+铜镀金PAD的共晶工艺，控制结温低于85℃
流体路径：通过模组结构调节水流速度，保证充分接触时间
防水封装：全无机封装（石英玻璃）避免紫外降解，IP68防护等级
为可靠性和性能而设计
证明LED组件可以在一开始就处理更高流量的负载是一回事，但能否在几年内或产品的使用寿命内始终保持该水平？以确保最后一杯水经过相同的NSF B级处理。住宅POE系统的预期使用寿命通常为3到6年，如果LED间歇性运行，则使用寿命结束时约为3000小时。在设计到这种寿命终止时，必须分析多个LED组件的可靠性，而不仅仅是单个LED。这意味着需要了解如何根据LED组件解释寿命（L值）和可靠性（B值）数据。产品可靠性是指在规格之外运行的LED数量的百分比。对于给定的正向电流和工作温度，将存在光降解（或寿命）的自然统计分布。LED组件或群体中光输出低于指定L值的器件百分比称为B值。
图2：以500mA驱动电流、35°C环境温度运行的一组器件的UVC输出。该图显示了B50和B10的可靠性值的总体数据。图2说明了基于群体B值的不同LED行为。实线表示，在10000小时时，特定作条件下，50%的样本群（平均值）将发射70%的初始输出，而50%的样本群将发射低于70%的样本。图2中的虚线显示了这组器件的B10数据。B10线显示，在10000小时时，只有10%的设备发射的功率低于其初始输出的50%，即L50B10值。但是，需要注意的是，有许多因素会影响可靠性和使用寿命。例如，湿度、电流和电压、温度和机械力可以决定产品的使用寿命。
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