【導讀】智能恒溫器、門禁控制和防盜報警系統(tǒng)等在智能建筑和智能家居應用已逐步成為建筑管理系統(tǒng)的標準配置。在這些應用中，火災報警系統(tǒng)顯得尤其重要，因為該系統(tǒng)關系到人身和財產(chǎn)安全。為保障火災報警系統(tǒng)的可靠性，TDK集團推出一系列愛普科斯 （EPCOS） 關鍵元件，其中最重要的莫過于過電壓保護解決方案。
寫字樓、酒店、機場、商場均為人群大量流動的建筑場所，因此必須配備自動火災報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由傳感器、執(zhí)行器、電源和數(shù)據(jù)傳輸單元所組成的復雜系統(tǒng)。一般而言，每個火災探測器都能通過網(wǎng)絡鏈接到控制器。
根據(jù)建筑結構和布局的不同，我們采用環(huán)形和星形網(wǎng)絡拓撲結構?？刂破鲌?zhí)行兩項具體任務：定期掃描安裝設備，如果隨后發(fā)現(xiàn)探測器已啟動，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(zhí)行必要的動作，關閉防火門，以及通過LAN或移動通信網(wǎng)絡執(zhí)行消防服務。
例如，火災報警系統(tǒng)可通過24V電源供電。由于系統(tǒng)在電源發(fā)生故障時仍然需要繼續(xù)工作，因此火災報警系統(tǒng)電源集成了UPS，即使發(fā)生長時間斷電，系統(tǒng)也能確保合適的供電電壓。除火災探測器外，運動探測器和玻璃破碎傳感器也必須集成到該系統(tǒng)中。圖1顯示了火災報警系統(tǒng)的基本結構。
圖1：火災報警系統(tǒng)結構，其中火災探測器網(wǎng)絡采用雙環(huán)拓撲結構。此外，聲音報警裝置（擴音器）還能在星形網(wǎng)絡拓撲結構中運行。
火災探測器采用不同的傳感器技術，具體技術取決于其應用需求：
探測煙霧的光學傳感器
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） 通過電源總線 （24 V） 供電。
嚴苛的過壓保護要求
由于工作環(huán)境的復雜性，火災報警系統(tǒng)需要應對各種過電壓現(xiàn)象，如數(shù)據(jù)和電源電纜產(chǎn)生過電壓。電源線和信號線都會受到過壓影響。由于系統(tǒng)電纜較長，具有多種耦合情形由，過電壓問題更加嚴重。
圖3概述了可能存在的過電壓類型。
TDK集團生產(chǎn)的愛普科斯 （EPCOS） 壓敏電阻適用于各種過電壓類型。不過這里必須區(qū)分單片式和疊層式。
單片式壓敏電阻專為高電壓和大電流而設計，因此適用于電源輸入端。除傳統(tǒng)的片狀壓敏電阻，愛普科斯 （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壓敏電阻過熱，集成熔絲會將壓敏電阻與網(wǎng)絡隔離，防止印制電路板上出現(xiàn)任何著火現(xiàn)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似，采用阻燃性材料制成。
這些元件具有三個接頭：兩個用于電力電纜，一個用于監(jiān)測輸出，例如可通過該監(jiān)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行安裝。
圖4：防止過熱的ThermoFuse系列壓敏電阻。 此外，元件狀態(tài)可通過監(jiān)測輸出端進行持續(xù)監(jiān)測。
對火災報警系統(tǒng)電源總線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（如TVS二極管）不同，愛普科斯 （EPCOS） CTVS壓敏電阻在溫度高達150°C時都不會出現(xiàn)性能降額。
根據(jù)安全系統(tǒng)制造商對某些元件的特定要求，CTVS系列的相關類型產(chǎn)品已經(jīng)通過了UL 1449（文檔編號E481997）認證。
同一類壓敏電阻適用于各種電壓等級采用光學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10 V分立式解決方案和3.3 V LDO（線性調壓器）在火災探測器內部生成不同的電壓等級。此處使用四個壓敏電阻以防止過電壓。
通過24V直流母線供電的輸入端必須始終使用壓敏電阻 （CTSV1） 進行過壓防護。CTVS浪涌電壓保護系列的CT2220K30G 愛普科斯 （EPCOS） 表明貼裝型（SMD） 多層壓敏電阻可實現(xiàn)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(jù)總線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)，當二極管故障時壓敏電阻可以導通以防止Q1基極處出現(xiàn)過電壓。10V穩(wěn)壓輸出端通過另外一個壓敏電阻 （CTVS3） 提供保護。另外，陶瓷電容器C2和C3用于穩(wěn)壓和噪聲抑制。而LDO控制器產(chǎn)生的微控制器電壓可通過CDS2C05GTA壓敏電阻 （CTSV4） 進行保護。
愛普科斯 （EPCOS） CTVS浪涌保護系列的關鍵數(shù)據(jù)
除電源線纜，還需要對數(shù)據(jù)電纜進行保護，因為靜電 （ESD）會對接口造成嚴重的損壞。鑒于此，TDK集團推出愛普科斯 （EPCOS） CeraDiode®高速數(shù)據(jù)線系列，為客戶提供出色的保護。由于該系列產(chǎn)品的電容值低至0.6 pF（具體視型號而定），信號的完整性不會受到任何影響。除常規(guī)單路器件，還有陣列類產(chǎn)品，比如最多適用四路數(shù)據(jù)線的陣列產(chǎn)品。該產(chǎn)品另外一個引人注目的技術特點是CeraDiodes的響應時間極短，≤0.5 ns。
通過PTC熱敏電阻提供短路保護
由于所有的火災探測器并聯(lián)再電源總線上，因此單個設備的短路可能會導致整個線路部分的癱瘓。為防止這種情況發(fā)生，每個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，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(xiàn)明顯高于指定最大值的電流，則PTC熱敏電阻將會發(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 愛普科斯 （EPCOS） PTC在25°C時的最大負載電流為90 mA，非常適合火災探測器。
各種火災報警系統(tǒng)元件
除過電壓保護解決方案外，其它的愛普科斯 （EPCOS） 和TDK元件系列也適用于火災報警系統(tǒng)。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(jù)其熱工作原理而制造，以滿足火災探測器的應用。
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