無線和物聯(lián)網(wǎng)技術的進步正在推動安全攝像頭系統(tǒng)的市場增長。室外安全攝像頭必須使用小型一次性電池長時間運行。該設計解決方案展示了高性能電源管理系統(tǒng)如何比普通解決方案多為室外安全攝像機供電數(shù)月。

介紹

物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的使用增加和無線技術的進步正在推動全球無線安全市場的發(fā)展，這要歸功于具有無線安全選項的智能手機、電池和太陽能無線安全系統(tǒng)以及無線家庭安全攝像頭。就個人而言，安全攝像頭可以幫助從任何地方監(jiān)控您的家，幫助您與家人和寵物保持聯(lián)系，讓您檢查內(nèi)部和外部的活動。最新的戶外安全攝像頭體積小，同時將智能家居設備的便捷功能與先進的攝像頭技術相結合。安全攝像頭在檢測到運動時會向您的手機發(fā)送警報，即使在夜間也能進行高清記錄，并且旨在承受任何類型的天氣。在此設計解決方案中，我們將回顧為室外安全攝像頭系統(tǒng)供電的挑戰(zhàn)，并提供一種將其電池壽命延長至兩年以上的解決方案。

典型安防攝像頭系統(tǒng)

圖 2 顯示了一個典型的安全攝像頭框圖。兩節(jié)串聯(lián)的 1.5V、3000mAh AA 鋰離子電池提供高達 6000mAh 的電量，通過四個普通 DC-DC 降壓穩(wěn)壓器為板載成像儀、傳感器和無線電供電。

圖2.安全攝像頭典型的電源管理。

系統(tǒng)通常處于睡眠模式。檢測到運動時，系統(tǒng)將喚醒。攝像機開始錄制，無線電將數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?。然后將?shù)據(jù)移動到云中，在那里可以遠程訪問。該系統(tǒng)需要在大部分時間處于睡眠模式時長時間運行，并且每天處于記錄和數(shù)據(jù)傳輸模式估計 100 秒。

在休眠模式下，圖2中的每個降壓轉換器具有10μA的漏電流。在以85%效率運行時，從電池中汲取316mA峰值的100秒脈沖，用于運動檢測、記錄和數(shù)據(jù)傳輸。簡化的一天時間跨度內(nèi)的電池電流消耗如圖3所示。

圖3.安全攝像頭當前配置文件。

根據(jù)上述負載曲線，我們可以計算出一天內(nèi)排出的 mAhr：

日放電 = 316mA x 100s + 40μA x 24h = 9.737mAhr

因此，6000mAh電池應持續(xù)：

另一方面，效率為 92% 且靜態(tài)電流低（每個穩(wěn)壓器為 0.33μA）的高性能穩(wěn)壓器將產(chǎn)生僅 292mA 的脈沖電流（圖 4）。

圖4.具有高性能電源管理的安全攝像頭。

因此，其負載曲線如圖5所示。

圖5.安全攝像頭高性能電流配置文件。

根據(jù)上述負載曲線，我們可以計算出一天內(nèi)排出的mAhr：

日放電 = 292mA x 100s + 1.32μA x 24h = 8.143mAhr

因此，6000mAh電池應持續(xù)：

高性能電源管理系統(tǒng)的使用壽命比普通電源管理系統(tǒng)長約 4 個月！

挑戰(zhàn)

對于任何穩(wěn)壓器來說，以小尺寸實現(xiàn)高效率都是一項挑戰(zhàn)。增加穩(wěn)壓器的工作頻率將減小無源器件的尺寸，但會導致?lián)p耗增加，從而降低其效率。具有在低輸入電壓下工作的穩(wěn)壓器至關重要，因為電池電壓在工作期間持續(xù)下降。隨著安防攝像頭應用的激增，需要多個定制版本的穩(wěn)壓器，特別是在輸入/輸出電壓和電流規(guī)格方面。因此，制造商可能被迫維護大量且昂貴的不同調節(jié)器和無源器件的庫存來支持它們。

最先進的解決方案

例如，MAX38640/MAX38641/MAX38642/MAX38643系列毫微功耗同步降壓轉換器可以應對這一挑戰(zhàn)。它們提供高效率、1.8V 至 5.5V 輸入范圍和 175mA/350mA/750mA 負載電流選項。330nA 超低靜態(tài)電源電流和 5nA 關斷電流使其成為真正的毫微功耗器件。圖6顯示了該降壓轉換器應用電路的簡單性。

圖6.高性能降壓轉換器的簡單應用電路

降壓轉換器系列省去了用于設置輸出電壓值的傳統(tǒng)電阻分壓器，取而代之的是單輸出選擇電阻（RSEL），如圖 4 所示（A 型）?；蛘?，還提供幾種預選輸出電壓（B型）。結果是BOM略有減少（減少一個或兩個電阻），簡化庫存（單個穩(wěn)壓器用于多種應用）和更低的靜態(tài)電流。表1顯示了降壓轉換器系列成員與圖4中電源樹的關系。

效率優(yōu)勢

降壓轉換器系列IC具有低R特性DS（ON），板載動力總成 MOSFET 晶體管，即使在足夠高的頻率下工作以保證較小的整體 PCB 尺寸，也能產(chǎn)生出色的效率。圖7所示為MAX38640的效率示例。

圖7.高性能降壓轉換器效率。

結論

安全攝像頭有助于從任何地方監(jiān)控您的家，幫助您與家人和寵物保持聯(lián)系，并允許您檢查家內(nèi)外的活動。室外安全攝像頭必須是無線的，并且使用小型一次性電池可以長時間使用。在此設計解決方案中，我們展示了電源管理穩(wěn)壓器的效率和靜態(tài)電流如何在安全攝像頭電池壽命中發(fā)揮關鍵作用。對于所考慮的系統(tǒng)，高性能電源管理解決方案的運行時間超過了兩年，比普通解決方案的使用壽命長了四個月。

審核編輯：郭婷