寫(xiě)字樓、酒店、機場(chǎng)、商場(chǎng)均為人群大量流動(dòng)的建筑場(chǎng)所，因此必須配備自動(dòng)火災報警系統。該系統是由傳感器、執行器、電源和數據傳輸單元所組成的復雜系統。一般而言，每個(gè)火災探測器都能通過(guò)網(wǎng)絡(luò )鏈接到控制器。

 

根據建筑結構和布局的不同，我們采用環(huán)形和星形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構?？刂破鲌绦袃身椌唧w任務(wù)：定期掃描安裝設備，如果隨后發(fā)現探測器已啟動(dòng)，控制器必須觸發(fā)包括建筑物內所有的聲音和可視化報警裝置執行必要的動(dòng)作，關(guān)閉防火門(mén)，以及通過(guò)LAN或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )執行消防服務(wù)。

 

例如，火災報警系統可通過(guò)24V電源供電。由于系統在電源發(fā)生故障時(shí)仍然需要繼續工作，因此火災報警系統電源集成了UPS，即使發(fā)生長(cháng)時(shí)間斷電，系統也能確保合適的供電電壓。除火災探測器外，運動(dòng)探測器和玻璃破碎傳感器也必須集成到該系統中。圖1顯示了火災報警系統的基本結構。

 

圖1：火災報警系統結構，其中火災探測器網(wǎng)絡(luò )采用雙環(huán)拓撲結構。此外，聲音報警裝置（擴音器）還能在星形網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中運行。

 

火災探測器采用不同的傳感器技術(shù)，具體技術(shù)取決于其應用需求：

 

探測煙霧的光學(xué)傳感器

 

檢測溫升的溫度傳感器

 

探測CO和CO2的氣體傳感器

 

圖2顯示了帶光學(xué)傳感器的火災探測器的原理框圖。圖2：在火災探測器內部，微控制器 （3.3 V）、紅外發(fā)射器和接收器 （10 V） 通過(guò)電源總線(xiàn) （24 V） 供電。

 

嚴苛的過(guò)壓保護要求

 

由于工作環(huán)境的復雜性，火災報警系統需要應對各種過(guò)電壓現象，如數據和電源電纜產(chǎn)生過(guò)電壓。電源線(xiàn)和信號線(xiàn)都會(huì )受到過(guò)壓影響。由于系統電纜較長(cháng)，具有多種耦合情形由，過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題更加嚴重。

 

圖3概述了可能存在的過(guò)電壓類(lèi)型。

 

TDK集團生產(chǎn)的愛(ài)普科斯 （EPCOS） 壓敏電阻適用于各種過(guò)電壓類(lèi)型。不過(guò)這里必須區分單片式和疊層式。

 

單片式壓敏電阻專(zhuān)為高電壓和大電流而設計，因此適用于電源輸入端。除傳統的片狀壓敏電阻，愛(ài)普科斯 （EPCOS） ThermoFuse™壓敏電阻的T14和T20系列特別適用于與安全相關(guān)的應用。其工作電壓為130 VRMS至1000 VRMS，抗浪涌電流能力可高達10，000 A （8/20 µs）。

 

如果ThermoFuse壓敏電阻過(guò)熱，集成熔絲會(huì )將壓敏電阻與網(wǎng)絡(luò )隔離，防止印制電路板上出現任何著(zhù)火現象，或損壞位于壓敏電阻附近的元件。熔絲和壓敏電阻安裝在塑料外殼的內部，并且與壓敏電阻的涂層類(lèi)似，采用阻燃性材料制成。

 

這些元件具有三個(gè)接頭：兩個(gè)用于電力電纜，一個(gè)用于監測輸出，例如可通過(guò)該監測輸出，經(jīng)由LED顯示元件的狀態(tài)。為便于更換，這些壓敏電阻可采用印制電路板端子進(jìn)行安裝。

 

圖4：防止過(guò)熱的ThermoFuse系列壓敏電阻。 此外，元件狀態(tài)可通過(guò)監測輸出端進(jìn)行持續監測。

 

對火災報警系統電源總線(xiàn)以及火災探測器本身而言，CTVS浪涌保護系列的多層壓敏電阻適用于參考IEC 61000 4-5標準定義的浪涌測試。由于采用多層設計，CTVS能提供滿(mǎn)足需求的各種額定電壓的產(chǎn)品。封裝尺寸為0805至2220的表面貼裝元件專(zhuān)為8/20 µs （4 kV） 或10/700 µs （2 kV） 的脈沖電流而設計，其抗浪涌電流能力可高達6000 A，并且能承受高達15 J的沖擊能量。這些元件適用于IEC 61000 4-2 Level 4的ESD防護要求，并且能提供高達30 kV的可靠保護。

 

與其它保護元件技術(shù)（如TVS二極管）不同，愛(ài)普科斯 （EPCOS） CTVS壓敏電阻在溫度高達150°C時(shí)都不會(huì )出現性能降額。

 

根據安全系統制造商對某些元件的特定要求，CTVS系列的相關(guān)類(lèi)型產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了UL 1449（文檔編號E481997）認證。

 

同一類(lèi)壓敏電阻適用于各種電壓等級采用光學(xué)傳感器的火災探測器需要提供額外的內部供電電壓等級：紅外發(fā)射器和接收器為10 V，微控制器為3.3 V。

 

圖5顯示了在火災探測器內部生成不同電壓等級的可能電路圖。圖5：通過(guò)10 V分立式解決方案和3.3 V LDO（線(xiàn)性調壓器）在火災探測器內部生成不同的電壓等級。此處使用四個(gè)壓敏電阻以防止過(guò)電壓。

 

通過(guò)24V直流母線(xiàn)供電的輸入端必須始終使用壓敏電阻 （CTSV1） 進(jìn)行過(guò)壓防護。CTVS浪涌電壓保護系列的CT2220K30G 愛(ài)普科斯 （EPCOS） 表明貼裝型（SMD） 多層壓敏電阻可實(shí)現該目的，其最大直流電壓為38 V，耐沖擊電流設計為1200 A （8/20 µs）。該壓敏電阻應盡可能靠近接線(xiàn)端子安裝。并聯(lián)的C1投切電容器（如TDK MLCC）可抑制高頻干擾。根據總線(xiàn)電壓或沖擊電壓的要求，TDK集團的產(chǎn)品系列還包括許多其它可用于輸入端的多層壓敏電阻。

 

包含Q1、R1和D1在內的電路構成了輸出電壓為10V的電壓控制器。為提高安全性，CT0402S11ACCG愛(ài)普科斯 （EPCOS） 壓敏電阻與齊納二極管 （D1）并聯(lián)，當二極管故障時(shí)壓敏電阻可以導通以防止Q1基極處出現過(guò)電壓。10V穩壓輸出端通過(guò)另外一個(gè)壓敏電阻 （CTVS3） 提供保護。另外，陶瓷電容器C2和C3用于穩壓和噪聲抑制。而LDO控制器產(chǎn)生的微控制器電壓可通過(guò)CDS2C05GTA壓敏電阻 （CTSV4） 進(jìn)行保護。

 

愛(ài)普科斯 （EPCOS） CTVS浪涌保護系列的關(guān)鍵數據

 

 

除電源線(xiàn)纜，還需要對數據電纜進(jìn)行保護，因為靜電 （ESD）會(huì )對接口造成嚴重的損壞。鑒于此，TDK集團推出愛(ài)普科斯 （EPCOS） CeraDiode®高速數據線(xiàn)系列，為客戶(hù)提供出色的保護。由于該系列產(chǎn)品的電容值低至0.6 pF（具體視型號而定），信號的完整性不會(huì )受到任何影響。除常規單路器件，還有陣列類(lèi)產(chǎn)品，比如最多適用四路數據線(xiàn)的陣列產(chǎn)品。該產(chǎn)品另外一個(gè)引人注目的技術(shù)特點(diǎn)是CeraDiodes的響應時(shí)間極短，≤0.5 ns。

 

通過(guò)PTC熱敏電阻提供短路保護

 

由于所有的火災探測器并聯(lián)再電源總線(xiàn)上，因此單個(gè)設備的短路可能會(huì )導致整個(gè)線(xiàn)路部分的癱瘓。為防止這種情況發(fā)生，每個(gè)火災探測器必須配備相應的保險絲。PTC熱敏電阻特別適合于該任務(wù)，因為它們能作為自恢復保險絲。其功能原理是：當熱敏電阻處于低溫（室溫）狀態(tài)下，它保持低阻態(tài)。如果遇到短路情況，即出現明顯高于指定最大值的電流，則PTC熱敏電阻將會(huì )發(fā)熱，并立即切換到高阻抗狀態(tài)。這能將電流限制到安全水平內。一旦短路原因被排除，PTC熱敏電阻將重新冷卻并返回其低阻抗狀態(tài)。B59873C0120A570 愛(ài)普科斯 （EPCOS） PTC在25°C時(shí)的最大負載電流為90 mA，非常適合火災探測器。

 

各種火災報警系統元件

 

除過(guò)電壓保護解決方案外，其它的愛(ài)普科斯 （EPCOS） 和TDK元件系列也適用于火災報警系統。這些元件包括電感和陶瓷、薄膜和鋁電解電容器，以及NTC熱敏電阻。除此以外，NTC熱敏電阻還能根據其熱工作原理而制造，以滿(mǎn)足火災探測器的應用。

 

 

推薦閱讀：