基于无线和物联网技术的安全摄像头系统

无线和物联网技术的进步正在推动安全摄像头系统的市场增长。室外安全摄像头必须使用小型一次性电池长时间运行。该设计解决方案展示了高性能电源管理系统如何比普通解决方案多为室外安全摄像机供电数月。

介绍

物联网 （IoT） 的使用增加和无线技术的进步正在推动全球无线安全市场的发展，这要归功于具有无线安全选项的智能手机、电池和太阳能无线安全系统以及无线家庭安全摄像头。就个人而言，安全摄像头可以帮助从任何地方监控您的家，帮助您与家人和宠物保持联系，让您检查内部和外部的活动。最新的户外安全摄像头体积小，同时将智能家居设备的便捷功能与先进的摄像头技术相结合。安全摄像头在检测到运动时会向您的手机发送警报，即使在夜间也能进行高清记录，并且旨在承受任何类型的天气。在此设计解决方案中，我们将回顾为室外安全摄像头系统供电的挑战，并提供一种将其电池寿命延长至两年以上的解决方案。

典型安防摄像头系统

图 2 显示了一个典型的安全摄像头框图。两节串联的 1.5V、3000mAh AA 锂离子电池提供高达 6000mAh 的电量，通过四个普通 DC-DC 降压稳压器为板载成像仪、传感器和无线电供电。

图2.安全摄像头典型的电源管理。

系统通常处于睡眠模式。检测到运动时，系统将唤醒。摄像机开始录制，无线电将数据传输到基站。然后将数据移动到云中，在那里可以远程访问。该系统需要在大部分时间处于睡眠模式时长时间运行，并且每天处于记录和数据传输模式估计 100 秒。

在休眠模式下，图2中的每个降压转换器具有10μA的漏电流。在以85%效率运行时，从电池中汲取316mA峰值的100秒脉冲，用于运动检测、记录和数据传输。简化的一天时间跨度内的电池电流消耗如图3所示。

图3.安全摄像头当前配置文件。

根据上述负载曲线，我们可以计算出一天内排出的 mAhr：

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

因此，6000mAh电池应持续：

另一方面，效率为 92% 且静态电流低（每个稳压器为 0.33μA）的高性能稳压器将产生仅 292mA 的脉冲电流（图 4）。

图4.具有高性能电源管理的安全摄像头。

因此，其负载曲线如图5所示。

图5.安全摄像头高性能电流配置文件。

根据上述负载曲线，我们可以计算出一天内排出的mAhr：

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

因此，6000mAh电池应持续：

高性能电源管理系统的使用寿命比普通电源管理系统长约 4 个月！

挑战

对于任何稳压器来说，以小尺寸实现高效率都是一项挑战。增加稳压器的工作频率将减小无源器件的尺寸，但会导致损耗增加，从而降低其效率。具有在低输入电压下工作的稳压器至关重要，因为电池电压在工作期间持续下降。随着安防摄像头应用的激增，需要多个定制版本的稳压器，特别是在输入/输出电压和电流规格方面。因此，制造商可能被迫维护大量且昂贵的不同调节器和无源器件的库存来支持它们。

最先进的解决方案

例如，MAX38640/MAX38641/MAX38642/MAX38643系列毫微功耗同步降压转换器可以应对这一挑战。它们提供高效率、1.8V 至 5.5V 输入范围和 175mA/350mA/750mA 负载电流选项。330nA 超低静态电源电流和 5nA 关断电流使其成为真正的毫微功耗器件。图6显示了该降压转换器应用电路的简单性。

图6.高性能降压转换器的简单应用电路

降压转换器系列省去了用于设置输出电压值的传统电阻分压器，取而代之的是单输出选择电阻（RSEL），如图 4 所示（A 型）。或者，还提供几种预选输出电压（B型）。结果是BOM略有减少（减少一个或两个电阻），简化库存（单个稳压器用于多种应用）和更低的静态电流。表1显示了降压转换器系列成员与图4中电源树的关系。

装置	连续负载电流	应用
MAX38640/MAX38641	175毫安	VREG1 （100mA） VREG3 （150毫安） VREG4 （66毫安）
MAX38642	350毫安	VREG2 （300mA）
MAX38643	700毫安	未使用

效率优势

降压转换器系列IC具有低R特性DS（ON），板载动力总成 MOSFET 晶体管，即使在足够高的频率下工作以保证较小的整体 PCB 尺寸，也能产生出色的效率。图7所示为MAX38640的效率示例。

图7.高性能降压转换器效率。

结论

安全摄像头有助于从任何地方监控您的家，帮助您与家人和宠物保持联系，并允许您检查家内外的活动。室外安全摄像头必须是无线的，并且使用小型一次性电池可以长时间使用。在此设计解决方案中，我们展示了电源管理稳压器的效率和静态电流如何在安全摄像头电池寿命中发挥关键作用。对于所考虑的系统，高性能电源管理解决方案的运行时间超过了两年，比普通解决方案的使用寿命长了四个月。

审核编辑：郭婷