無線和物聯網技術的進步正在推動安全攝像頭系統的市場增長。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如何比普通解決方案多為室外安全攝像機供電數月。

介紹

物聯網 （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控您的家，幫助您與家人和寵物保持聯系，讓您檢查內部和外部的活動。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供電的挑戰，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

圖 2 顯示了一個典型的安全攝像頭框圖。兩節串聯的 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。

系統通常處于睡眠模式。檢測到運動時，系統將喚醒。攝像機開始錄制，無線電將數據傳輸到基站。然后將數據移動到云中，在那里可以遠程訪問。該系統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據傳輸模式估計 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、記錄和數據傳輸。簡化的一天時間跨度內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。

根據上述負載曲線，我們可以計算出一天內排出的 mAhr：

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

因此，6000mAh電池應持續：

另一方面，效率為 92% 且靜態電流低（每個穩壓器為 0.33μA）的高性能穩壓器將產生僅 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。

根據上述負載曲線，我們可以計算出一天內排出的mAhr：

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

因此，6000mAh電池應持續：

高性能電源管理系統的使用壽命比普通電源管理系統長約 4 個月！

挑戰

對于任何穩壓器來說，以小尺寸實現高效率都是一項挑戰。增加穩壓器的工作頻率將減小無源器件的尺寸，但會導致損耗增加，從而降低其效率。具有在低輸入電壓下工作的穩壓器至關重要，因為電池電壓在工作期間持續下降。隨著安防攝像頭應用的激增，需要多個定制版本的穩壓器，特別是在輸入/輸出電壓和電流規格方面。因此，制造商可能被迫維護大量且昂貴的不同調節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。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）。或者，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（單個穩壓器用于多種應用）和更低的靜態電流。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控您的家，幫助您與家人和寵物保持聯系，并允許您檢查家內外的活動。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壓器的效率和靜態電流如何在安全攝像頭電池壽命中發揮關鍵作用。對于所考慮的系統，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