發布日期：2022-07-15 點擊率：47
以太網/IP網是很多設備的優選網絡,另外一種同樣很快地成為他們市場競爭關鍵的技術是以太網供電(PoE)。在上實際90年代推出以來,PoE首次的市場成功來自于對紅外數據協會(IrDA)網絡接口(當前的無線接入點的前身)進行供電。在接下來的幾年時間內,只有部分的制造商在他們很窄的產品中使用PoE,因為他們都不愿意再他們的標準產品中采用專有的電源系統。在2003年6月份IEEE對PoE進行了標準化以后,這種狀態改變了,市場開始爆發性地使用PoE。現在,隨著IEEE增加網絡供電設備的可用功率,市場有望獲得急劇增長的新動力。PoE和即將提出的IEEE改進會使得各種視頻監控相機成為可能。
IP安全相機具有各種類型,某種程度上IP相機是什么是由制造商來定義的。某些制造商利用連接到中央IP解碼器的模擬相機,其它的在相機內部轉換視頻信號,相機自身在本地運行IP。即使在機身內部實現本地IP,某些相機設計用于有線以太網,而其它包含無線數據。
與競爭技術相比,有線以太網/IP具有幾個優勢:支持有線以太網的電纜規格是明確的,市場上到處都有；有線連接在數據傳輸上比無線更安全,無線傳輸是在一個很大的半徑內廣播,犯罪者必須通過物理上的訪問才可能盜取信息流；有線以太網還可以通過電纜利用PoE進行供電,因而對遠端的設備供電問題就簡化了。在大多數的管轄區域,數據電纜的布線的管控并不嚴,而交流電的布線要求授權的安裝機構,很多時候需要一個授權的過程。以太網供電還可以采用集中化的電源備份。如果通過管道進行布線,端到段的連接可以既安全又可靠。
當前PoE標準在2003年得到IEEE的批準。自那以后,在產生IEEE802.3-2005標準的正常修訂過程中,該標準就以第33條款融入到了主要的以太網標準中。然而,隨著2005版本的頒發,就技術上而言,IEEE 被廢棄。
PoE的IEEE標準允許像IP相機這樣的設備在RJ-45連接頭下,最多吸收不超過的功率。實際上,這意味著在實際的應用中電路只能得到大約10W的功率,因為整流二極管本身會消耗一定功率,還有前端和DC-DC轉換器效率的問題。10W或更低的功率的限制意味著相機設計師必須嚴格注意功率預算。由于功率預算很緊,設計師合理限制功能組合,以及認真設計應用電路以符合PoE標準,以實現對IP相機供電。
圖1是靜態監視相機的一個描述性框圖,它適合室內固定位置觀察。根據處理器和成像器的選擇,可能需要增加一個中間解碼器,某些應用可能包括音頻監視。圖中顯示了一個用于音頻輸入的可選模塊。圖1中遺漏了一個重要的耗電功能,即支持搖攝/傾斜/相機移動的馬達,或者室外使用中防霧化的加熱器。
圖1:靜態監視相機的示意性框圖。
對于基本的IP監視相機,采用脈寬調制(PWM)的集成供電器件,例如TPS23750提供初級端和PoE接口的調壓。這一部分提供了滿足IEEE標準要求的完整接口。圖2中顯示的PWM控制器是作為一個獨立電源。然而,對于相機應用,相機機身可以作為PD的隔離屏障。因此,通過改用非隔離的結構可以降低成本。除了初級的DC/DC轉換器,很多應用具有次級電壓,這個電壓可以用低成本的LDO產生。否則,需要用降壓轉換器來滿足效率、成本和電路板空間上的折衷。
圖2: PWM控制器作為隔離的電源。
圖3描述了高端、多功能IP相機的組成框圖。通常,這種設備包含用于改變相機方向以及拉近、拉遠焦距和視角的馬達。對于室外安裝,需要一個加熱單元來確保相機的鏡頭不會霧化。今天最高速和最高分辨率的成像器件并沒有集成的數字接口,因此還需要一個數字解碼器。此外,對于很多應用來說,能聽到或者放音的功能也是必要的。所有這些功能都會增加功耗。因此,要達到IEEE標準的預算通常很難。
圖3:一種更高端,具有更多功能的IP相機。
對于當今的高端IP監視相機來說,圖4提供了所需要的PoE接口的功能框圖。TPS2376-H是最近發布的獨立PD前端,能通過以太網端口提供600mA的電流。為利用這種功率等級,匹配高功率PD的電源設備(PSE)必須也能提供高功率—不是符合IEEE的PSE。使用一個PD前端意味著電源設計師可以自由選擇最佳的系統拓撲來對應用進行供電。設計師依然可能利用單一的初級端轉換器,并從它產生次級的電壓。或者,為最大化整個系統效率,設計師可能選擇多個初級轉換器。最后,他們可能同時選擇多個次級轉換器,以及從次級穩壓器驅動某些小的電源負載。
圖4:高端IP監視相機的PoE接口。
IEEE P802.3任務組的工作值得我們的期待。該標準組織正在開發一種標準,該標準未來將允許高端IP相機能與滿足標準的PSE協同工作。該標準至少還要等待一年。同時,IP相機的功能不斷增加,將超過13W的功耗限制,因此唯一的選擇就是超越標準,利用高功率以太網PD。
作者:
Michael McCormack
商務開發經理
德州儀器公司以太網電源產品部
