怎么样实现UVLED固化设备的稳定性及可靠性细节

拓邦威电源之前探讨过UVLED光源的设计思路，简单的说，就是“以实现最理想的固化为核心，根据不同的应用需求设计最合适的固化方案”，此所谓“以变应变，以不变应万变”也。遵循一个原则，以市场为导向，以客户为导向，以应用为导向，选择最合适的方案，而不是简单的以产品或者设备为导向，拿一个固定的产品去打遍天下。

今天我们接着来谈谈UVLED光源设计的方向和细节，如何实现UVLED固化设备的稳定性和可靠性的问题。

由于市场上大部分LED固化设备的供应商都是从传统的汞灯UV固化设备转型过来的，对LED光源缺乏足够的了解，只是简单的把UVLED光源理解为跟汞灯一样的标准产品，以为随便买一条LED灯回来装上去就是UVLED固化设备了。而做UVLED光源研发的企业，又缺乏对化学的了解，也缺乏对应用的了解。至于做UV研发的同志们，也大都陷入在传统的思维里面，以灯为标准，进行UV的研发，而没想过光源是否可以配合UV的研发同步进行调整。最终的结果是做LED光源研发的和做UV材料研发的，在涂装和固化的环节却由既不懂LEDUV也不懂UVLED的机械设备商来主导。也正是因为这么多的错配，导致很多下游客户购置了LED固化设备之后，很多变成了摆设，进而对UV-LED的发展失去了信心。

前面的文章探讨过，UV-LED固化是一个系统工程，而LED光源自己也是一个独立的系统，一个系统的性能高低是由其整体的稳定性和可靠性决定的。既然是系统，那就是牵一发而动全身，任何一个地方出了问题，都可能导致系统的不稳定甚至瘫痪。

跟汞灯不一样，汞灯大体上只是UV固化设备的电源一个配件或者耗材，而LED光源自身就是一套独立的系统，由四个部分组成：LED灯头模组、散热系统、电源系统和智能控制系统。一直以来关于LED光源大家探讨得比较多的其实是LED灯头，包括芯片的波长、芯片的大小、芯片的量子效率、芯片的封装方式等等，有很多专业的文章都已经进行过详细的介绍，具体的技术细节这里就不再重复。我重点从系统的角度出发，谈谈LED固化设备在设计和生产过程中容易被忽略，而又要非常注意的方向和细节问题。

LED光源系统的组成

散热系统

我们说LED是冷光源，其实LED的发热量也非常大，UVLED的光电转换效率，395nm大概能达到70%，365nm的芯片就只有30%左右，而深紫外的UVC波段的转换效率只有3-5%的水平，根据能量守恒的原理，电能除了转换成光能以外，剩下的部分基本就转换成了热能。而LED的光衰跟节温是正相关的，假如散热没做好，往往会导致LED的发光功率陷入死循环：温度上升，光衰加大，加大电流，温度进一步上升，光衰进一步加大。

LED的节温、光衰、和输入电流的相互影响

所以在设计LED光源系统的时候，散热是非常重要的一环。要根据电源功率、光电转换效率选择匹配的散热方式。目前在大功率的LED光源系统，比较常用的是水冷的散热方式，在设计散热系统的时候，要兼顾水冷机的制冷量、水流量、水温、扬程方面的平衡。

这里特别要注意的是水温的控制，理论上为了达到更好的散热效果，水温越低越好，但是不可忽略的是过低的水温，会导致灯板出现冷凝水的情况，带来电子元器件短路的风险。所以在做好密封性防水的工作以外，也应该根据不同的施工环境，不同的温度、湿度等等来选择合适的水温和水压。

除了散热的效率以外，还需要注意散热的均匀性。前面说过了，温度对光衰的影响非常大，我们在涂装生产线上，往往一条LED灯的发光面长度会达到一米多长，如果散热的均匀性做得不好，就可能会出现不同位置的光强不均匀现象，这样对固化的结果也会带来比较大的影响，同时，同一条LED灯不同位置的芯片的使用寿命也会出现比较大的偏差。

电源系统

电源系统占到整个LED固化设备的成本的三分之一之多，也有很多研究者提出过各种更低成本的电源方案，但是目前主流的方案依然是选择恒流源驱动。关于恒流源与恒压源的工作原理，各自的优缺点，LED的伏安特性以及不同温度下的伏安特性，为什么选择LED恒流源驱动等等，之前的文章已经有过详细的介绍，这里就不再展开细说。

这里主要给大家讲一些在系统设计的时候容易被忽略但是又容易带来不良的后果的细节方面的东西。

做LED光源的人都知道，每一个光源模组都会有很多颗芯片（灯珠），每一颗芯片（灯珠）都有一个额定的最大电压和电流值的，如何设计芯片的串并联数量，也是一件很讲究的事情。首先我们得考虑人体的安全电压，决定串联的最大值；其次我们要考虑施工的便捷性和电缆的尺寸大小，决定串并联的多少；还要根据应用的需求（譬如功率，光强等等）来决定灯板上面灯珠的排布，结合电源的常见规格进行合理配置；在工业应用上，我们还需要考虑轻微的故障（故障是不可能百分百消除的，我们只能尽可能的降低故障的发生几率）对生产的影响，在设计的时候，给予系统一定的容错率，避免因为轻微故障而影响正常的生产。

层板式电源柜

另外，不得不提的是电源系统的散热问题。给芯片散热或许已经是一种常识，但是电源系统的散热一样重要。一般来说，小功率的电源，通过辐射散热就可以满足要求，但是我们在工业上应用的都是大功率的产品，所以就不能忽略电源发出来的热的影响。因为出于防尘等的考虑，电源一般都会安装在封闭的电源箱里面，根据各个不同品牌的电源的能耗数据，发热量会占到整个电源功率的8-12%，也是一个不容小觑的数字。假如电源发出的热不能及时散掉，环境温度升高，不但会影响电源通过辐射散热的效率，同时密闭空间的温度上升，也会对其它的电子元器件包括电线等等带来负面的影响，甚至会引发火灾的风险。

在给电源散热以外，还有一个容易被忽略的是电源线的发热问题，由于在设计LED光源的时候，为了实现对灯板的独立控制和实时监控，会有大量的电源线存在，在大电流驱动下，电源线的发热量也是不可忽视的，特别是在电缆里面很多根电线并排的情况下，过热导致电源线外层的塑胶保护层融合而引发短路火灾的风险。所以电源线的大小、电阻等等也需要根据需要进行合理选择，确保使用负荷要在设计负荷的安全范围之内。

在考虑散热问题的时候，还要注意积尘导致电路板电子器件的散热受阻而出现温度过高的问题，在多尘的工作环境当中，防尘工作也是必须的。

智能控制系统

在前面的文章中有提到过，由于LED即开即用的特性，通过红外来料感应，增加LED自启停功能，可以有效降低实际工作时长，达到更好的节能效果。这只是智能控制系统的其中一个小功能。

自动化、智能化并不仅仅是因为人口老龄化，劳动力不足，需要机器替代人那么简单，智能化的目标是流程的标准化、服务的个性化、产品的精准化。但是要实现生产的自动化和智能化，需要有工业大数据的基础，需要云计算的支持。就以UV-LED家具涂装为例，设计一套简单的智能控系统，也需要我们对UV涂料的配方设计和固化原理、LED光源的性能特点、涂装工艺的流程设计有着深入的认识和透彻的理解，对涂装过程中遇到的所有问题都了然于胸，并且有着从根本上解决问题的方法，对不同的应用要求，不同的基材特点，都有不同的解决方案，只有这样，才能改进工艺，优化流程，三位一体，实现高效、节能、环保的目标。

其他需要考虑的问题还有紫外光辐射的防护，包括人体防护和设备自身的防护等等；除了VOC排放对环境影响，还有热、噪音等等带来的安全和环保问题。另外，如何实现标准化与定制化的平衡，成本与性能的平衡等等，总之，我们在做系统设计的时候，必须从系统的全局去考虑问题，避免犯“解决一个问题，同时又带来一个新的问题”的错误。