专用烟雾探测器探测电路综述

专用烟雾探测器探测电路综述
聂纪平;杜虹
【摘要】烟雾探测器控制专用电路是一种应用于火灾报警系统的大规模专用集成电路，该电路可以满足当前火灾报警系统的工业级需求。

上海贝岭公司通过对国外同类电路的研究和吸收，对于光电型和离子型两种探测电路在集成电路制造工艺和产品设计上取得进展，实现了该类电路的国产化，并且在产品应用上取得了多项突破，满足了客户的具体使用和调试需求，同时针对该产品和客户的高可靠性要求，该系列产品通过UL标准的检测，获得了美国的UL认证。

%Smoke detector control IC is used for fire alarm system. The chip could achieve the industry class level for fire alarm system. Shanghai belling research the international same chip, get process and design knowhow of photoelectric and ionization smoke detector. Belling＇s chips have many application innovations and get the customer application and adjustment requirement. And for the high reliability of the chip, Belling passes the UL spec for the chip, and gets UL certificate.
【期刊名称】《电子与封装》
【年(卷),期】2012(012)006
【总页数】4页(P39-41,46)
【关键词】烟雾探测;UL认证;离子型探测电路;光电型探测电路
【作者】聂纪平;杜虹
【作者单位】上海贝岭股份有限公司,上海200233;上海贝岭股份有限公司,上海200233
【正文语种】中文
【中图分类】TN492
1 烟雾报警器控制电路简介
1.1 烟雾报警器电路基本功能
火灾探测器的一般工作原理是：传感元件检测火灾产生物或火灾发生时的特性值，将探测元件传来的原始信号转换为脉冲量，送入火灾自动报警控制器中，控制器对接收到的信号加以计算分析，并判定是否有火灾正在发生，发出报警信号。

当前主要有两种探测器工作原理[1]。

1.2 光电式烟雾探测器电路
光电式感烟探测器有一个迷宫式烟雾探测室，里面设有一个光源和一个感光元件。

由于是迷宫式设计，光源的光线一般不能照射到感光元件上，如图1（a）；但是
当有烟雾进入后，光线在烟雾中产生散射，从而有部分光线射到感光元件上，如图1（b）。

烟雾越浓，散射到感光元件上的光线就越多，感光元件再把光信号通过
专用电路转换为电信号进行输出。

1.3 离子式烟雾探测器
离子式烟雾探测器由一个放射源（如Am241）、外置的采样室和内置的离子参考样本室组成，如图2（a）。

当放射源照射空气中的物质时，一部分物质变成带正
电的离子，另一部分物质变成带负电的离子。

带正电的离子和带负电的离子在电场的作用下形成了一个电场，如图2（b）。

当烟雾进入采样室后与带电的离子结合，带电离子数量的减少使电场电压产生了变化，烟雾越多越浓电压变化就越大，通过
专用电路转换为电信号进行输出。

图1 光电式烟雾探测器工作原理
图2 离子式烟雾探测器工作原理
2 市场上的烟雾探测器控制电路简介
当前市场上的烟雾报警电路主要是摩托罗拉公司、Allergo、Microchip等公司开发的电路，摩托罗拉主要是传统的离子型和光电型报警电路，Allergo公司主要是带静音功能的报警电路，Microchip公司的产品上述两种电路都有，下面简单介绍一下上述公司的电路特点。

2.1 Allergo公司的A5366
●可以并联50个单元；
●低电压检测；
●低灵敏度检测；
●误报检测；
●6V～12V工作；
●静音功能。

其A53系列产品的主要特点包括：光电和离子型都有，主要可以提供联网和定时器功能，静音和电池接反的保护功能。

2.2 Motorola公司的MC145010
●满足UL217和UL268；
●6V～12V工作；
●工作温度范围：-10℃～60℃；
●静态功耗：8μA；
●管脚有ESD和latchup保护。

其MC14系列产品的主要特点包括：基本的光电和离子型，可以带Mute Alarm
Memory功能。

2.3 Microchip公司的RE46C120
●离子型烟雾探测电路；
●检测输入电流小于1pA；
●静态功耗小于7μA；
●低电压检测。

其RE46系列产品的主要特点包括：光电和离子型都有，主要可以提供联网和定时器功能，静态功耗较小。

3 上海贝岭烟雾报警器电路简介
3.1 上海贝岭烟雾报警器电路的发展
上海贝岭的烟雾报警电路是在国外同类电路的基础上进行消化吸收研发的，该产品基本上可以反映当前国际市场该类电路的最高水平。

和上述国际公司的电路相比，上海贝岭的烟雾报警电路在设计、工艺和应用方面均有所创新，主要有以下特点和显著优势：
（1）针对国外同类产品进行了改进，提出了新的电路解决方案，通过内部电路的优化改善光电型报警器电路的调试方法；同时对光电型电路的静音模式电路也进行了研发，提出了贝岭的设计方案。

（2）针对离子型烟雾报警器的特殊需要，需要检测小于1pA的输入漏电，对于这种器件级的小信号的检测尚未有先例，贝岭提出了新的应用方案，可以确保客户使用的要求。

同时针对离子型报警器电路的客户要求开发了带静音的调试方法，满足了客户的使用要求。

（3）烟雾报警器电路对于工艺的稳定性要求较高，针对贝岭公司的工艺特点，对工艺进行了优化，研发了具有贝岭特点的专用DBICOMS工艺平台，通过该工艺设计的电路可以大大优化器件性能并且节约了制造成本。

3.2 技术应用创新
（1）光电型报警器的应用创新
贝岭在设计带静音功能的光电型报警器的过程中，考虑到客户的多方需求，主要针对烟雾探测系统的特点设计了专门的静音（HUSH）控制电路。

HUSH状态与待机状态的区别是，HUSH时放大的信号与HUSH端电平比较。

当HUSH端电位
=VSS或HUSH端悬空，则禁止HUSH功能。

该装置的电路框图如图3，本发明
主要针对上述两个电路增加了一个内部控制单元，来实现相关的功能。

图3 光电型报警器电路框图
这样的好处是，需要静音功能的客户可以直接使用本电路，对于不需要HUSH功
能的客户，直接将15脚LSSET脚悬空，在这个外围的应用条件下即可实现正常的光电型烟雾报警控制功能。

这个应用很好地满足了烟雾探测器系统厂商的要求，在全面保证系统功能的前提下大大优化了器件的性能，可以满足客户的多方面要求。

（2）离子型报警器的应用创新
针对离子型报警器客户，有的也提出了希望加入静音功能的要求，贝岭公司针对客户的要求，通过外围电路的完善，实现了这个功能。

图4 报警器电路图
本应用的工作原理如下（见图5）：按一下静音（HUSH）键，电解电容E充电到电源电压Vdd，然后通过第一高阻电阻R1、第二高阻电阻R2缓慢放电，期间三
极管NPN饱和导通，使得第一灵敏度端子PIN13电平向第二灵敏度端子PIN4大大降低，达到报警停止的目的，当电解电容E的电压下降到不足以维持三极管NPN导通时，烟雾报警器的灵敏度回复正常。

对于第一、第二高阻电阻R1、R2、电解电容E、电阻R3取不同的值，静音时间不同，如表1所示。

电阻R3可以改变灵敏度降低的程度：当电阻R3＝0时，灵敏度最低；随着电阻
R3阻值的增加，灵敏度增加。

表1 不同参数下静音时间E R1 R2 R3 静音时间22μF 1.5MΩ 2MΩ 0 3min
22μF 2MΩ 5MΩ 0 8min 22μF 2MΩ 10MΩ 0 14min
如果静音时仍然希望保留一定灵敏度，使得烟雾浓度特别大时仍然可以报警提醒，电阻R3就选取一定值，范围是0Ω～100Ω。

如果第二高阻电阻R2不用，电解电容E的电压下降非常慢，静音的时间极长；必须将电解电容E的容量极大地减小，通过改变线路参数，可以达到每一次静音的时间不一定相同。

图5 离子型报警器静音功能实现电路
3.3 上海贝岭烟雾报警器集成电路的UL认证
烟雾报警器电路由于应用于消防领域，对于产品的质量要求很高。

针对这方面要求，上海贝岭按照UL217和UL268规范的要求，于2006年和2009年通过了烟雾报警器系列电路的UL认证[2]。

4 烟雾报警器电路的下一步发展
（1）从电路设计来看，从环保和低压的角度考虑，以后会形成低电压的烟雾报警电路。

这方面Allergo公司已经有产品在进行这方面的尝试。

（2）增加了静音功能的应用，无论从系统级别还是电路设计上都会考虑静音功能的设计，贝岭公司已经有这方面的电路设计。

（3）工艺上需要更新，为了成本和电路特性的要求，烟雾报警器对生产工艺的要求较高。

贝岭公司在以往的工艺研发基础上会进一步改进工艺水平。

参考文献：
[1] 国家火灾自动报警系统设计规范[S].中国标准GBJ116－88.
[2] Single- and Multiple-station Smoke Alarms–Component[S].美国UL标准UTGT2.S24096.。