JP4766605B2 - 煙感知器 - Google Patents

Description

本発明は、煙感知器に関する。

従来の光電式煙感知器では、煙検出用ＬＥＤに一定電流を流して発光強度を均一にしている。このように、煙検出用ＬＥＤに一定電流を流すために、トランジスタを用い、エミッタフォロワを形成し、定電流回路を構成している（たとえば、特許文献１参照）。

また、従来の光電式煙感知器では、トランジスタのベースに、ＯＳＣやＣＯＭＰの出力電圧を印加する代わりに、ＣＰＵの出力電圧を印加するものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。
特公昭５８−００６９９４号公報 特開２００４−２４６７５６公報

しかし、上記従来例では、エミッタの電位が、ＣＰＵの出力電圧によって規定され、煙検出用ＬＥＤを駆動させるので、必要な電源電圧を高くする必要があるという問題がある。

つまり、従来例では、トランジスタによる定電流回路を形成する場合、エミッタ電位とエミッタ抵抗とに応じて、トランジスタに流す電流を決定する。ここで、同じ電流を流す場合、エミッタ電位が低ければ、エミッタ抵抗を小さくすれば足りるが、ＣＰＵが制御しようとすると、ＣＰＵの出力電圧はもともと３Ｖ程度であり、エミッタ電位は必然的に２．５Ｖ程度になる。ＬＥＤを発光させるためには、この電圧（２．５Ｖ程度）に、トランジスタのコレクタ・エミッタ電圧と、ＬＥＤの順方向電圧とを加えた電圧が、発光部の電源電圧として必要になる。つまり、発光部の電源電圧として、５Ｖ程度の電圧が必要である。

一方、単電源オペアンプにおいて、０Ｖ付近ではノイズ等による誤差が生じるので、０Ｖ付近の信号を正しく増幅することは難しい。したがって、単電源オペアンプにおいて、微小信号を増幅する場合、ノイズ等による誤差の発生を阻止するためには、ある程度のオフセット電圧を、基準電位として使用する必要がある。

オペアンプの最大出力電圧は、オペアンプの電源電圧に依存する。このため、ＣＰＵの出力電圧をオペアンプの基準電位として使用すると、ダイナミックレンジが狭くなり、十分な増幅ができない可能性がある。これを防ぐために、抵抗分割によって基準電位を低くすると、オペアンプの出力電流が基準電位を形成する抵抗に流れ、基準電位が変動するので、高精度に動作させることができない。

基準電位として電圧リファレンス（アナログ回路で安定した電圧を正確に設定するために使用される電気部品）を使用すれば、安定に動作するが、ＣＰＵの出力電圧と同等であり、また、コストアップや部品点数の増加に要因になる。

このために、従来例では、ＣＰＵの出力電圧を、ＬＥＤの駆動や増幅回路の基準電位として使用している限り、電源電圧を低下させることができないという問題があり、また、増幅回路を高精度に動作させることができないという問題がある。

つまり、上記従来例では、煙検出用ＬＥＤを駆動させるための電源電圧を低下させることができ、しかも、増幅回路をより高精度に動作させることができるようにするという要求を満たすことができないという問題がある。

本発明は、煙検出用ＬＥＤを駆動させるための電源電圧を低下させることができ、しかも、増幅回路をより高精度に動作させることができる煙感知器を提供することを目的とするものである。

本発明は、煙検出用の発光素子を制御する煙感知器において、所定の基準電位を発生する基準電位発生回路と、上記基準電位発生回路の出力インピーダンスを小さくするバッファ回路と、上記発光素子を駆動するトランジスタを具備し、上記バッファ回路の出力端子が上記トランジスタのベースに接続されているＬＥＤ駆動回路とを有することを特徴とする煙感知器である。

本発明によれば、煙検出用ＬＥＤを駆動させるための電源電圧を低下させることができ、しかも、増幅回路をより高精度に動作させることができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１である煙感知器１００の要部を示す回路図である。

煙感知器１００は、基準電位生成回路１０と、バッファ回路２０と、ＬＥＤ駆動回路３０と、煙検出用ＬＥＤ４０と、電源Ｂ１、Ｂ２と、受光素子５０と、増幅回路ＡＭＰ１とを有する。

基準電位生成回路１０は、基準電位生成用スイッチＳＷ１と、直列抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ダイオードＤ１とを有する。基準電位生成用スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１とＲ２とダイオードＤ１とは直列接続され、基準電位生成用スイッチＳＷ１を介して抵抗Ｒ１の一端が電源Ｂ１に接続され、抵抗Ｒ１の他端が抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端とダイオードＤ１のアノードとが接続され、ダイオードＤ１のカソードがアースに接続されている。また、抵抗Ｒ１とＲ２との接続点が、基準電位生成回路１０の出力端子である。

なお、電源Ｂ１が出力する電圧を、抵抗Ｒ１とＲ２とによって分圧し、この分圧された電位が基準電圧となる。

バッファ回路２０は、オペアンプＯＰ１と保護抵抗Ｒ３とを有する。オペアンプＯＰ１は、その＋入力端子が基準電位生成回路１０の出力端子に接続され、オペアンプＯＰ１のー入力端子がその出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ１の出力端子に保護抵抗Ｒ３の一端が接続され、保護抵抗Ｒ３の他端が、バッファ回路２０の出力端子である。

また、オペアンプＯＰ１の出力端子が、増幅回路ＡＭＰ１の入力端子に接続されている。なお、オペアンプＯＰ１として、その出力インピーダンスが非常に小さいものが使用されている。

保護抵抗Ｒ３は、トランジスタＴＲ１へ過大な電流が流れないようにし、また、スイッチＳＷ２が閉じたときに、オペアンプＯＰ１とＧＮＤとが短絡することを防止する。

ＬＥＤ駆動回路３０は、トランジスタＴＲ１と、エミッタ抵抗Ｒ４と、ＬＥＤ駆動用スイッチＳＷ２とを有する。

なお、ＬＥＤ駆動回路３０は、バッファ回路２０が出力する電位に応じた定電流を発光素子に供給する定電流供給回路の例である。

ＬＥＤ駆動用スイッチＳＷ２は、バッファ回路２０の出力端子とアースとの間に接続されている。

煙感知器１００の動作の最初の段階で、スイッチＳＷ２を閉じ、トランジスタＴＲ１がＯＮしない（煙検出用ＬＥＤ４０が発光しない）ようにする。その後、スイッチＳＷ１を閉じ、オペアンプＯＰ１の出力が発生すると、このオペアンプＯＰ１の出力が、増幅回路ＡＭＰ１の基準電位として供給される。この時点では、スイッチＳＷ２が閉じている。その後、１０ｍｓｅｃ程度経過し、増幅回路ＡＭＰ１が安定した時点で、スイッチＳＷ２を開き、煙検出用ＬＥＤ４０を発光させる。すなわち、スイッチＳＷ２は、煙検出用ＬＥＤ４０の発光制御用のスイッチである。

抵抗Ｒ４は、トランジスタＴＲ１のエミッタとアースとの間に接続されている。トランジスタＴＲ１は、そのベースが、バッファ回路２０の出力端子に接続され、そのコレクタが煙検出用ＬＥＤ４０に接続されている。また、トランジスタＴＲ１と抵抗Ｒ４とによって、定電流回路が形成されている。

煙検出用ＬＥＤ４０は、電源Ｂ２とトランジスタＴＲ２のコレクタとの間に接続されている。煙検出用ＬＥＤ４０は、煙検出用の発光素子の一例である。

受光素子５０は、煙検出用ＬＥＤ４０が発光した光が煙によって散乱し、この散乱光を受光する。

増幅回路ＡＭＰ１は、受光素子５０の出力信号を増幅する回路である。

なお、煙検出用ＬＥＤ４０に電圧を印加する発光タイミングの前に、受光素子５０の出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ１に上記基準電位を印加する印加タイミングが設定されている。つまり、受光素子５０の出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ１に上記基準電位を印加する印加タイミングの後に、煙検出用ＬＥＤ４０に電圧を印加する発光タイミングを設定し、両タイミングが互いに重ならないように、スイッチＳＷ２がそのＯＮタイミングが制御されている。

図２は、本発明の実施例１である煙感知器１００の全体を示すブロック回路図である。

煙感知器１００は、発光回路１と、受光増幅回路２と、制御回路３と、定電圧回路４と、電源回路５と、火災信号送出回路６とを有する。

発光回路１は、図１に示す基準電位生成回路１０、バッファ回路２０、ＬＥＤ駆動回路３０および煙検出用ＬＥＤ４０を含み、制御回路３の制御に基づいて煙を検出するために発光する。

受光増幅回路２は、図１に示す受光素子５０と増幅回路ＡＭＰ１とを含み、制御回路３の制御に基づいて動作し、上記発光からの煙粒子による散乱光を受光し、電気信号として出力する。この電気信号は、図示しないピークホールド回路を経由し、ピーク値を制御回路３に出力するようにしてもよい。

制御回路３は、図１に示すスイッチＳＷ１、ＳＷ２のそれぞれの開閉を制御するＣＰＵ等からなり、プログラムに基づいて煙感知器１００全体の動作を制御する。

定電圧回路４は、変動しない一定の電圧を供給する回路であり、図１に示す電源Ｂ１に該当する。

電源回路５は、煙感知器１００が動作するための内部電源であり、図１に示す電源Ｂ２に該当する。なお、内部電源とせず、端子を介して外部から電源供給するようにしてもよい。また、基準電位生成回路１０に供給される電源Ｂ１は、定電圧回路４から電源供給されることが好ましいが、これらの電源Ｂ１、Ｂ２はいずれかを共用するようにしてもよい。

火災信号送出回路６は、制御回路３の制御に基づいて、図示しない火災受信機等に火災信号を送出するものであり、火災検出時には、火災信号の送出以外に、図示しない作動表示回路に火災確認灯の点灯制御やブザー鳴動等を行うようにしてもよい。

また、各回路がノイズによる影響を受けないように、図示しないノイズ吸収回路を設けるようにしてもよい。

次に、煙感知器１００の動作について説明する。

上記実施例において、煙検出用ＬＥＤ４０を駆動させる電源電圧を低下させることができる理由について説明する。

電池の電源によって、煙感知器を駆動する場合、供給される電圧には上限が存在する。上記のように、ＣＰＵが、煙検出用ＬＥＤ４０を駆動するトランジスタを制御すると、エミッタ電位を、２．５Ｖ程度よりも低くすることができないので、必然的に、上記電源の出力電圧として５Ｖ程度必要である。しかし、煙感知器１００では、トランジスタＴＲ１のベース電位を、基準電位生成回路１０によって任意に定めることができるので、トランジスタＴＲ１のエミッタ電位を下げることができる。たとえば、基準電位生成回路１０の出力電圧を１Ｖとすると、トランジスタＴＲ１のベース電位が１Ｖになり、エミッタ電位は、０．５Ｖ程度になる。このようにすれば、電源Ｂ２の出力電圧を、３Ｖ程度に設定することができ、このようにしても、煙検出用ＬＥＤ４０を駆動させることができる。したがって、上記実施例では、電源電位を低下させることができる。

次に、煙感知器１００において、増幅回路ＡＭＰ１の安定性が高い理由について説明する。

上記実施例において、オペアンプＯＰ１の出力インピーダンスが非常に小さいので、基準電位生成回路１０が出力する基準電位が変動せず、したがって、増幅回路ＡＭＰ１の安定性を高めることができる。

そして、煙検出用ＬＥＤ４０に電圧を印加する発光タイミングの前に、受光素子５０の出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ１に上記基準電位を印加する印加タイミングが設定されている。つまり、受光素子５０の出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ１に上記基準電位を印加する印加タイミングの後に、煙検出用ＬＥＤ４０に電圧を印加する発光タイミングを設定し、両タイミングが互いに重ならないように、スイッチＳＷ２のＯＮタイミングが制御されている。

また、増幅回路ＡＭＰ１を構成するオペアンプのうちで、余りの１段を増幅回路ＡＭＰ１として使用するので、低コスト化が図られる。つまり、オペアンプＯＰ１を含むＩＣに、複数のオペアンプが収納され、その一部を増幅回路ＡＭＰ１として使用し、残りのオペアンプを、オペアンプＯＰ１として使用することができる。たとえば、４素子入りのオペアンプのうちの３つを増幅回路ＡＭＰ１として使用し、残りのオペアンプを、オペアンプＯＰ１として使用する。

上記実施例によれば、煙検出用ＬＥＤ４０を駆動させるための電源電圧を低下させることができるので、消費電力を低減できる。また、出力インピーダンスの非常に小さいオペアンプを使用するので、基準電位が変動せず、したがって、増幅回路ＡＭＰ１の安定性を高めることができる。さらに、増幅回路を構成するオペアンプのうち、余りの１段を使用することによって、煙感知器１００の全体のコストが低下する。

なお、煙検出用ＬＥＤ４０の代わりに、他の発光素子を使用するようにしてもよい。

また、スイッチＳＷ１は、発光素子駆動用切替手段の例であり、スイッチの代わりに、トランジスタを、発光素子駆動用切替手段として使用するようにしてもよい。さらに、スイッチＳＷ２として、トランジスタ等のスイッチ素子を使用するようにしてもよい。

本発明の実施例１である煙感知器１００の要部を示す回路図である。 本発明の実施例１である煙感知器１００の全体を示すブロック図である。

符号の説明

１００…煙感知器、
１０…基準電位生成回路、
ＳＷ１…スイッチ、
Ｒ１、Ｒ２…抵抗、
Ｄ…ダイオード、
２０…バッファ回路、
ＯＰ１…オペアンプ、
Ｒ３…保護抵抗、
３０…ＬＥＤ駆動回路、
ＳＷ２…スイッチ、
ＴＲ１…トランジスタ、
Ｒ４…抵抗、
４０…煙検出用ＬＥＤ、
５０…受光素子、
ＡＭＰ１…増幅回路、
１…発光回路、
２…受光増幅回路、
３…制御回路、
４…定電圧回路、
５…電源回路、
６…火災信号送出回路。

Claims (3)

1. 煙検出用の発光素子を制御する煙感知器において、
   所定の基準電位を発生する基準電位発生回路と；
   上記基準電位発生回路の出力インピーダンスを小さくするバッファ回路と；
   上記発光素子を駆動するトランジスタを具備し、上記バッファ回路の出力端子が上記トランジスタのベースに接続されているＬＥＤ駆動回路と；
   を有することを特徴とする煙感知器。
2. 請求項１において、
   上記発光素子からの光を受ける受光素子の出力信号を増幅し、また、上記バッファ回路の出力信号を基準電圧として使用する増幅回路を有することを特徴とする煙感知器。
3. 請求項２において、
   上記バッファ回路は、上記増幅回路を構成するオペアンプのうちの余りの１段を使用することを特徴とする煙感知器。

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