專用煙霧探測(cè)器探測(cè)電路綜述

聶紀(jì)平，杜 虹

（上海貝嶺股份有限公司，上海 200233）

1 煙霧報(bào)警器控制電路簡(jiǎn)介

1.1 煙霧報(bào)警器電路基本功能

火災(zāi)探測(cè)器的一般工作原理是：傳感元件檢測(cè)火災(zāi)產(chǎn)生物或火災(zāi)發(fā)生時(shí)的特性值，將探測(cè)元件傳來的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖量，送入火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器中，控制器對(duì)接收到的信號(hào)加以計(jì)算分析，并判定是否有火災(zāi)正在發(fā)生，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)前主要有兩種探測(cè)器工作原理[1]。

1.2 光電式煙霧探測(cè)器電路

光電式感煙探測(cè)器有一個(gè)迷宮式煙霧探測(cè)室，里面設(shè)有一個(gè)光源和一個(gè)感光元件。由于是迷宮式設(shè)計(jì)，光源的光線一般不能照射到感光元件上，如圖1（a）；但是當(dāng)有煙霧進(jìn)入后，光線在煙霧中產(chǎn)生散射，從而有部分光線射到感光元件上，如圖1（b）。煙霧越濃，散射到感光元件上的光線就越多，感光元件再把光信號(hào)通過專用電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。

1.3 離子式煙霧探測(cè)器

離子式煙霧探測(cè)器由一個(gè)放射源（如Am241）、外置的采樣室和內(nèi)置的離子參考樣本室組成，如圖2（a）。當(dāng)放射源照射空氣中的物質(zhì)時(shí)，一部分物質(zhì)變成帶正電的離子，另一部分物質(zhì)變成帶負(fù)電的離子。帶正電的離子和帶負(fù)電的離子在電場(chǎng)的作用下形成了一個(gè)電場(chǎng)，如圖2（b）。當(dāng)煙霧進(jìn)入采樣室后與帶電的離子結(jié)合，帶電離子數(shù)量的減少使電場(chǎng)電壓產(chǎn)生了變化，煙霧越多越濃電壓變化就越大，通過專用電路轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出。

圖1 光電式煙霧探測(cè)器工作原理

圖2 離子式煙霧探測(cè)器工作原理

2 市場(chǎng)上的煙霧探測(cè)器控制電路簡(jiǎn)介

當(dāng)前市場(chǎng)上的煙霧報(bào)警電路主要是摩托羅拉公司、Allergo、Microchip等公司開發(fā)的電路，摩托羅拉主要是傳統(tǒng)的離子型和光電型報(bào)警電路，Allergo公司主要是帶靜音功能的報(bào)警電路，Microchip公司的產(chǎn)品上述兩種電路都有，下面簡(jiǎn)單介紹一下上述公司的電路特點(diǎn)。

2.1 Allergo公司的A5366

●可以并聯(lián)50個(gè)單元；

●低電壓檢測(cè)；

●低靈敏度檢測(cè)；

●誤報(bào)檢測(cè)；

●6V～12V工作；

●靜音功能。

其A53系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯(lián)網(wǎng)和定時(shí)器功能，靜音和電池接反的保護(hù)功能。

2.2 Motorola公司的MC145010

●滿足UL217和UL268；

●6V～12V工作；

●工作溫度范圍：-10℃～60℃；

●靜態(tài)功耗：8μA；

●管腳有ESD和latchup保護(hù)。

其MC14系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)包括：基本的光電和離子型，可以帶Mute Alarm Memory功能。

2.3 Microchip公司的RE46C120

●離子型煙霧探測(cè)電路；

●檢測(cè)輸入電流小于1pA；

●靜態(tài)功耗小于7μA；

●低電壓檢測(cè)。

其RE46系列產(chǎn)品的主要特點(diǎn)包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯(lián)網(wǎng)和定時(shí)器功能，靜態(tài)功耗較小。

3 上海貝嶺煙霧報(bào)警器電路簡(jiǎn)介

3.1 上海貝嶺煙霧報(bào)警器電路的發(fā)展

上海貝嶺的煙霧報(bào)警電路是在國(guó)外同類電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行消化吸收研發(fā)的，該產(chǎn)品基本上可以反映當(dāng)前國(guó)際市場(chǎng)該類電路的最高水平。和上述國(guó)際公司的電路相比，上海貝嶺的煙霧報(bào)警電路在設(shè)計(jì)、工藝和應(yīng)用方面均有所創(chuàng)新，主要有以下特點(diǎn)和顯著優(yōu)勢(shì)：

（1）針對(duì)國(guó)外同類產(chǎn)品進(jìn)行了改進(jìn)，提出了新的電路解決方案，通過內(nèi)部電路的優(yōu)化改善光電型報(bào)警器電路的調(diào)試方法；同時(shí)對(duì)光電型電路的靜音模式電路也進(jìn)行了研發(fā)，提出了貝嶺的設(shè)計(jì)方案。

（2）針對(duì)離子型煙霧報(bào)警器的特殊需要，需要檢測(cè)小于1pA的輸入漏電，對(duì)于這種器件級(jí)的小信號(hào)的檢測(cè)尚未有先例，貝嶺提出了新的應(yīng)用方案，可以確保客戶使用的要求。同時(shí)針對(duì)離子型報(bào)警器電路的客戶要求開發(fā)了帶靜音的調(diào)試方法，滿足了客戶的使用要求。

（3）煙霧報(bào)警器電路對(duì)于工藝的穩(wěn)定性要求較高，針對(duì)貝嶺公司的工藝特點(diǎn)，對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，研發(fā)了具有貝嶺特點(diǎn)的專用DBICOMS工藝平臺(tái)，通過該工藝設(shè)計(jì)的電路可以大大優(yōu)化器件性能并且節(jié)約了制造成本。

3.2 技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

（1）光電型報(bào)警器的應(yīng)用創(chuàng)新

貝嶺在設(shè)計(jì)帶靜音功能的光電型報(bào)警器的過程中，考慮到客戶的多方需求，主要針對(duì)煙霧探測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了專門的靜音（HUSH）控制電路。HUSH狀態(tài)與待機(jī)狀態(tài)的區(qū)別是，HUSH時(shí)放大的信號(hào)與HUSH端電平比較。當(dāng)HUSH端電位=VSS或HUSH端懸空，則禁止HUSH功能。該裝置的電路框圖如圖3，本發(fā)明主要針對(duì)上述兩個(gè)電路增加了一個(gè)內(nèi)部控制單元，來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。

這樣的好處是，需要靜音功能的客戶可以直接使用本電路，對(duì)于不需要HUSH功能的客戶，直接將15腳LSSET腳懸空，在這個(gè)外圍的應(yīng)用條件下即可實(shí)現(xiàn)正常的光電型煙霧報(bào)警控制功能。

這個(gè)應(yīng)用很好地滿足了煙霧探測(cè)器系統(tǒng)廠商的要求，在全面保證系統(tǒng)功能的前提下大大優(yōu)化了器件的性能，可以滿足客戶的多方面要求。

（2）離子型報(bào)警器的應(yīng)用創(chuàng)新

針對(duì)離子型報(bào)警器客戶，有的也提出了希望加入靜音功能的要求，貝嶺公司針對(duì)客戶的要求，通過外圍電路的完善，實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。

圖4 報(bào)警器電路圖

本應(yīng)用的工作原理如下（見圖5）：按一下靜音（HUSH）鍵，電解電容E充電到電源電壓Vdd，然后通過第一高阻電阻R1、第二高阻電阻R2緩慢放電，期間三極管NPN飽和導(dǎo)通，使得第一靈敏度端子PIN13電平向第二靈敏度端子PIN4大大降低，達(dá)到報(bào)警停止的目的，當(dāng)電解電容E的電壓下降到不足以維持三極管NPN導(dǎo)通時(shí)，煙霧報(bào)警器的靈敏度回復(fù)正常。對(duì)于第一、第二高阻電阻R1、R2、電解電容E、電阻R3取不同的值，靜音時(shí)間不同，如表1所示。

電阻R3可以改變靈敏度降低的程度：當(dāng)電阻R3＝0時(shí)，靈敏度最低；隨著電阻R3阻值的增加，靈敏度增加。

表1 不同參數(shù)下靜音時(shí)間

如果靜音時(shí)仍然希望保留一定靈敏度，使得煙霧濃度特別大時(shí)仍然可以報(bào)警提醒，電阻R3就選取一定值，范圍是0Ω～100Ω。如果第二高阻電阻R2不用，電解電容E的電壓下降非常慢，靜音的時(shí)間極長(zhǎng)；必須將電解電容E的容量極大地減小，通過改變線路參數(shù)，可以達(dá)到每一次靜音的時(shí)間不一定相同。

圖5 離子型報(bào)警器靜音功能實(shí)現(xiàn)電路

3.3 上海貝嶺煙霧報(bào)警器集成電路的UL認(rèn)證

煙霧報(bào)警器電路由于應(yīng)用于消防領(lǐng)域，對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高。針對(duì)這方面要求，上海貝嶺按照UL217和UL268規(guī)范的要求，于2006年和2009年通過了煙霧報(bào)警器系列電路的UL認(rèn)證[2]。

4 煙霧報(bào)警器電路的下一步發(fā)展

（1）從電路設(shè)計(jì)來看，從環(huán)保和低壓的角度考慮，以后會(huì)形成低電壓的煙霧報(bào)警電路。這方面Allergo公司已經(jīng)有產(chǎn)品在進(jìn)行這方面的嘗試。

（2）增加了靜音功能的應(yīng)用，無論從系統(tǒng)級(jí)別還是電路設(shè)計(jì)上都會(huì)考慮靜音功能的設(shè)計(jì)，貝嶺公司已經(jīng)有這方面的電路設(shè)計(jì)。

（3）工藝上需要更新，為了成本和電路特性的要求，煙霧報(bào)警器對(duì)生產(chǎn)工藝的要求較高。貝嶺公司在以往的工藝研發(fā)基礎(chǔ)上會(huì)進(jìn)一步改進(jìn)工藝水平。

[1] 國(guó)家火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GBJ116－88.

[2] Single- and Multiple-station Smoke Alarms–Component[S].美國(guó)UL標(biāo)準(zhǔn)UTGT2.S24096.