專用煙霧探測器探測電路綜述

聶紀平，杜 虹

（上海貝嶺股份有限公司，上海 200233）

1 煙霧報警器控制電路簡介

1.1 煙霧報警器電路基本功能

火災探測器的一般工作原理是：傳感元件檢測火災產生物或火災發生時的特性值，將探測元件傳來的原始信號轉換為脈沖量，送入火災自動報警控制器中，控制器對接收到的信號加以計算分析，并判定是否有火災正在發生，發出報警信號。當前主要有兩種探測器工作原理[1]。

1.2 光電式煙霧探測器電路

光電式感煙探測器有一個迷宮式煙霧探測室，里面設有一個光源和一個感光元件。由于是迷宮式設計，光源的光線一般不能照射到感光元件上，如圖1（a）；但是當有煙霧進入后，光線在煙霧中產生散射，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通過專用電路轉換為電信號進行輸出。

1.3 離子式煙霧探測器

離子式煙霧探測器由一個放射源（如Am241）、外置的采樣室和內置的離子參考樣本室組成，如圖2（a）。當放射源照射空氣中的物質時，一部分物質變成帶正電的離子，另一部分物質變成帶負電的離子。帶正電的離子和帶負電的離子在電場的作用下形成了一個電場，如圖2（b）。當煙霧進入采樣室后與帶電的離子結合，帶電離子數量的減少使電場電壓產生了變化，煙霧越多越濃電壓變化就越大，通過專用電路轉換為電信號進行輸出。

圖1 光電式煙霧探測器工作原理

圖2 離子式煙霧探測器工作原理

2 市場上的煙霧探測器控制電路簡介

當前市場上的煙霧報警電路主要是摩托羅拉公司、Allergo、Microchip等公司開發的電路，摩托羅拉主要是傳統的離子型和光電型報警電路，Allergo公司主要是帶靜音功能的報警電路，Microchip公司的產品上述兩種電路都有，下面簡單介紹一下上述公司的電路特點。

2.1 Allergo公司的A5366

●可以并聯50個單元；

●低電壓檢測；

●低靈敏度檢測；

●誤報檢測；

●6V～12V工作；

●靜音功能。

其A53系列產品的主要特點包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯網和定時器功能，靜音和電池接反的保護功能。

2.2 Motorola公司的MC145010

●滿足UL217和UL268；

●6V～12V工作；

●工作溫度范圍：-10℃～60℃；

●靜態功耗：8μA；

●管腳有ESD和latchup保護。

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

2.3 Microchip公司的RE46C120

●離子型煙霧探測電路；

●檢測輸入電流小于1pA；

●靜態功耗小于7μA；

●低電壓檢測。

其RE46系列產品的主要特點包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯網和定時器功能，靜態功耗較小。

3 上海貝嶺煙霧報警器電路簡介

3.1 上海貝嶺煙霧報警器電路的發展

上海貝嶺的煙霧報警電路是在國外同類電路的基礎上進行消化吸收研發的，該產品基本上可以反映當前國際市場該類電路的最高水平。和上述國際公司的電路相比，上海貝嶺的煙霧報警電路在設計、工藝和應用方面均有所創新，主要有以下特點和顯著優勢：

（1）針對國外同類產品進行了改進，提出了新的電路解決方案，通過內部電路的優化改善光電型報警器電路的調試方法；同時對光電型電路的靜音模式電路也進行了研發，提出了貝嶺的設計方案。

（2）針對離子型煙霧報警器的特殊需要，需要檢測小于1pA的輸入漏電，對于這種器件級的小信號的檢測尚未有先例，貝嶺提出了新的應用方案，可以確保客戶使用的要求。同時針對離子型報警器電路的客戶要求開發了帶靜音的調試方法，滿足了客戶的使用要求。

（3）煙霧報警器電路對于工藝的穩定性要求較高，針對貝嶺公司的工藝特點，對工藝進行了優化，研發了具有貝嶺特點的專用DBICOMS工藝平臺，通過該工藝設計的電路可以大大優化器件性能并且節約了制造成本。

3.2 技術應用創新

（1）光電型報警器的應用創新

貝嶺在設計帶靜音功能的光電型報警器的過程中，考慮到客戶的多方需求，主要針對煙霧探測系統的特點設計了專門的靜音（HUSH）控制電路。HUSH狀態與待機狀態的區別是，HUSH時放大的信號與HUSH端電平比較。當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，本發明主要針對上述兩個電路增加了一個內部控制單元，來實現相關的功能。

這樣的好處是，需要靜音功能的客戶可以直接使用本電路，對于不需要HUSH功能的客戶，直接將15腳LSSET腳懸空，在這個外圍的應用條件下即可實現正常的光電型煙霧報警控制功能。

這個應用很好地滿足了煙霧探測器系統廠商的要求，在全面保證系統功能的前提下大大優化了器件的性能，可以滿足客戶的多方面要求。

（2）離子型報警器的應用創新

針對離子型報警器客戶，有的也提出了希望加入靜音功能的要求，貝嶺公司針對客戶的要求，通過外圍電路的完善，實現了這個功能。

圖4 報警器電路圖

本應用的工作原理如下（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，達到報警停止的目的，當電解電容E的電壓下降到不足以維持三極管NPN導通時，煙霧報警器的靈敏度回復正常。對于第一、第二高阻電阻R1、R2、電解電容E、電阻R3取不同的值，靜音時間不同，如表1所示。

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

表1 不同參數下靜音時間

如果靜音時仍然希望保留一定靈敏度，使得煙霧濃度特別大時仍然可以報警提醒，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，靜音的時間極長；必須將電解電容E的容量極大地減小，通過改變線路參數，可以達到每一次靜音的時間不一定相同。

圖5 離子型報警器靜音功能實現電路

3.3 上海貝嶺煙霧報警器集成電路的UL認證

煙霧報警器電路由于應用于消防領域，對于產品的質量要求很高。針對這方面要求，上海貝嶺按照UL217和UL268規范的要求，于2006年和2009年通過了煙霧報警器系列電路的UL認證[2]。

4 煙霧報警器電路的下一步發展

（1）從電路設計來看，從環保和低壓的角度考慮，以后會形成低電壓的煙霧報警電路。這方面Allergo公司已經有產品在進行這方面的嘗試。

（2）增加了靜音功能的應用，無論從系統級別還是電路設計上都會考慮靜音功能的設計，貝嶺公司已經有這方面的電路設計。

（3）工藝上需要更新，為了成本和電路特性的要求，煙霧報警器對生產工藝的要求較高。貝嶺公司在以往的工藝研發基礎上會進一步改進工藝水平。

[1] 國家火災自動報警系統設計規范[S].中國標準GBJ116－88.

[2] Single- and Multiple-station Smoke Alarms–Component[S].美國UL標準UTGT2.S24096.