光线消毒方案，紫外LED如何助力抗疫

疫情期间，人们为了杜绝病毒的传播，也开始关注起消灭病毒的有效途径，其中之一就是紫外线消毒灯，那么紫外线究竟能不能消灭冠状病毒呢？
 
在国家卫生健康委印发的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案》中提到，“病毒对紫外线和热敏感”。在不少测试下，已经证实了一定量的紫外线照射是可以消灭冠状病毒的。但世界卫生组织的官方辟谣中同样提到，“紫外线灯不应用于手部或其他皮肤部位的消毒，因为紫外线辐射会导致红斑（皮肤过敏）。”因为紫外线消毒灯的大火，国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员也在近日批准发布了《紫外线消毒器卫生要求》。
 
事实上，紫外线杀毒已经是老生常谈了，但这其中的紫外线并不是广义上的紫外线，而是特定波段的紫外线。常用于杀毒的紫外线一般是短波紫外线UV-C，其波长范围在200 nm到280nm之间。这个波长范围下的紫外线虽然穿透能力弱，却依然能对人体皮肤造成伤害，所以往往紫外线消毒灯都是用来为随身物品或日常用具消毒的。
 
紫外线杀毒原理
 
与化学方法的水消毒不同，紫外线可以通过物理作用快速灭活微生物。紫外线灭活是通过损害微生物的核酸。在254nm左右的短波紫外线能量会被细胞RNA和DNA吸收，在相邻核苷酸之间形成新键。而相邻分子间的二聚体，尤其是胸腺嘧啶的二聚体是最常见的光化学损伤，可以阻碍DNA的复制和转录功能，从而阻止病毒复制和感染。
 
考虑到紫外线消毒灯确实能够实现非人体范围的消毒，那接下来我们看看TI为此设计的紫外杀菌盒方案。
 

紫外杀菌盒系统框图（无电池版本） / TI

供电与充电
 
该方案的供电部分用了UCC28911这款调频+调幅混合控制的Flyback控制器，集成了700V MOSFET，最高可实现12W的输出功率，而且无需外部检流电阻，系统待机功耗可低至30mW以下。
 
85到265V的交流电经过该控制器后，为扬声器和紫外线LED输出5V的供电，同时经过TLV74233这款线性稳压器为MSP430单片机输出稳定的3.3V电压，TLV742P的输入输出压降低至0.85V，静态电流极低，同时有着主动输出放电和过流保护的功能。

紫外杀菌盒的系统框图（有电池版本） / TI

 
以上是附有电池的紫外杀菌盒框图，运用 BQ25619管理电池充电。当输入5V1A的充电电流时，充电效率可达94%，并配有I2C接口灵活控制充电和系统设置。为了追求更快的充电速度，也可以将其替换为独立式充电管理器件BQ25616，做到3A的最大充电电流。
 
LED驱动

TPS61169简化原理图 / TI

 
针对指示型的LED灯，该方案采用了LP5012 LED驱动器，而紫外光LED则选用了TPS61169作为LED驱动器。后者是一款升压型LED驱动器，集成了开路保护适用于驱动单个LED或LED串，用于面板背光照明。
 
MCU

MSP430FR211x功能方框图 / TI

该方案的主控部分选用了MSP430FR211x，一款低成本的MCU，拥有极小的封装（QFN24 3x3mm）和极低的功耗，工作模式（3V）下可以做到120µA/MHz的电流，非常适合紫外杀菌盒这种便携设备。
 
由TI的方案我们不难看出，紫外线消毒方案其实和普通的便携LED照明方案没有太大区别，也是分为充电供电、LED驱动和MCU主控三个部分。这两者强调的都是低功耗、充电效率。不过选择紫外线LED灯珠时，设计者务必要选择UV-C波段的灯珠，其它波段的紫外线接触人体后可能会造成更大伤害。
 
本文由电子发烧友综合报道，内容参考TI，转载请注明以上来源。