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(zāi)探測器的一般工作原理是：傳感元件檢測火災(zāi)產(chǎn)生物或火災(zāi)發(fā)生時的特性值，將探測元件傳來的原始信號轉(zhuǎn)換為脈沖量，送入火災(zāi)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(zāi)正在發(fā)生，發(fā)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(shè)有一個光源和一個感光元件。由于是迷宮式設(shè)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(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通過專用電路轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhì)時，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(jié)合，帶電離子數(shù)量的減少使電場電壓產(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(fā)的電路，摩托羅拉主要是傳統(tǒng)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(chǎn)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(lián)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(chǎn)品的主要特點包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯(lián)網(wǎng)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(tài)功耗：8μA；

●管腳有ESD和latchup保護。

其MC14系列產(chǎn)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(tài)功耗小于7μA；

●低電壓檢測。

其RE46系列產(chǎn)品的主要特點包括：光電和離子型都有，主要可以提供聯(lián)網(wǎng)和定時器功能，靜態(tài)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(fā)展

上海貝嶺的煙霧報警電路是在國外同類電路的基礎(chǔ)上進行消化吸收研發(fā)的，該產(chǎn)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(shè)計、工藝和應(yīng)用方面均有所創(chuàng)新，主要有以下特點和顯著優(yōu)勢：

（1）針對國外同類產(chǎn)品進行了改進，提出了新的電路解決方案，通過內(nèi)部電路的優(yōu)化改善光電型報警器電路的調(diào)試方法；同時對光電型電路的靜音模式電路也進行了研發(fā)，提出了貝嶺的設(shè)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(yīng)用方案，可以確?？蛻羰褂玫囊?。同時針對離子型報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）煙霧報警器電路對于工藝的穩(wěn)定性要求較高，針對貝嶺公司的工藝特點，對工藝進行了優(yōu)化，研發(fā)了具有貝嶺特點的專用DBICOMS工藝平臺，通過該工藝設(shè)計的電路可以大大優(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）光電型報警器的應(yīng)用創(chuàng)新

貝嶺在設(shè)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(tǒng)的特點設(shè)計了專門的靜音（HUSH）控制電路。HUSH狀態(tài)與待機狀態(tài)的區(qū)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(fā)明主要針對上述兩個電路增加了一個內(nèi)部控制單元，來實現(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(yīng)用條件下即可實現(xiàn)正常的光電型煙霧報警控制功能。

這個應(yīng)用很好地滿足了煙霧探測器系統(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）離子型報警器的應(yīng)用創(chuàng)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(xiàn)了這個功能。

圖4 報警器電路圖

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(shù)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(shù)，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(xiàn)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(yīng)用于消防領(lǐng)域，對于產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高。針對這方面要求，上海貝嶺按照UL217和UL268規(guī)范的要求，于2006年和2009年通過了煙霧報警器系列電路的UL認證[2]。

4 煙霧報警器電路的下一步發(fā)展

（1）從電路設(shè)計來看，從環(huán)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(jīng)有產(chǎn)品在進行這方面的嘗試。

（2）增加了靜音功能的應(yīng)用，無論從系統(tǒng)級別還是電路設(shè)計上都會考慮靜音功能的設(shè)計，貝嶺公司已經(jīng)有這方面的電路設(shè)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(chǎn)工藝的要求較高。貝嶺公司在以往的工藝研發(fā)基礎(chǔ)上會進一步改進工藝水平。

[1] 國家火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].中國標準GBJ116－88.

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