以太網(wǎng)供電 （PoE） 已被視頻監(jiān)控行業(yè)所接受，作為解決一個(gè)古老問(wèn)題的解決方案：復(fù)雜的布線。例如，基本的傳統(tǒng)固定視圖安全攝像機(jī)需要兩根電纜：一根用于電源（10V AC 或 15V DC 的 24W 至 12W），另一根單獨(dú)的同軸電纜用于視頻信號(hào)。借助 PoE，單根以太網(wǎng)電纜可同時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)和電源。

差一點(diǎn)。為了滿足與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性，攝像機(jī)制造商必須生產(chǎn)支持 PoE 且與傳統(tǒng)電源兼容的攝像機(jī) - 它們必須接受來(lái)自 RJ-37 插孔的 PoE 57V 至 45V 直流或來(lái)自輔助電源連接器的 24V 交流、+12V 直流或 –12V 直流。

舊方式失去力量

圖 1 顯示了許多 PoE 攝像頭制造商用于解決此問(wèn)題的電源架構(gòu)。輔助（老式）輸入之后的全橋二極管整流器可從 24V AC、+12V DC 或 –12V DC 產(chǎn)生正直流電源。由此產(chǎn)生的直流電源和PoE輸入由二極管OR化，獲勝電源饋送到寬輸入電壓隔離開(kāi)關(guān)電源，后者又為相機(jī)電子設(shè)備供電。

圖1.輔助輸入和 PoE 電源架構(gòu)

這種電源架構(gòu)帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。當(dāng)相機(jī)由輔助輸入供電時(shí)，三個(gè)二極管（在圖1中圈出）落入電源路徑。除了這種設(shè)計(jì)的低效率以及二極管功耗可能產(chǎn)生的發(fā)熱問(wèn)題外，三個(gè)二極管還會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源輸入端的壓降顯著。使用 10W 至 15W 的攝像頭，這些挑戰(zhàn)很容易克服，但最新的安全攝像頭將功耗提高了一倍。平移/傾斜/變焦 （PTZ） 和用于戶外操作的攝像機(jī)鏡頭加熱器等功能使這種電源架構(gòu)不適合這種新一波的攝像機(jī)。

為了說(shuō)明架構(gòu)的不足，請(qǐng)考慮一個(gè) 26W 攝像頭。對(duì)于 12V DC 輔助輸入（由于使用了未穩(wěn)壓的壁式電源適配器/AC 適配器，假設(shè)實(shí)際上是 9V DC）和三個(gè) 0.5V 壓降肖特基二極管，開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓為 7.5V （9V – 3 ? 0.5V）。該相機(jī)的輸入電流約為3.5A （26W / 7.5V）。電源路徑中三個(gè)肖特基二極管的合成功耗為5.2W （3.5A ? 3 ? 0.5V）。這種功耗會(huì)導(dǎo)致相機(jī)內(nèi)部溫度升高，這很難緩解，耗時(shí)且成本高昂。

使用理想二極管提高性能

圖 2 顯示了解決此缺點(diǎn)的方法。這里，全橋整流器的兩個(gè)二極管被理想二極管取代，如圖2所示（黑色）。理想二極管只是控制其行為類似于常規(guī)二極管的MOSFET。理想二極管的優(yōu)點(diǎn)是可以使用具有低溝道電阻（RDS（ON）），從而降低正向壓降（IDS? RDS（ON））遠(yuǎn)小于肖特基二極管壓降。LT?4320 理想二極管橋式控制器能夠在一種全橋配置中控制 1 個(gè) MOSFET。圖 4275 中的二極管 OR 引起的第三個(gè)二極管壓降由 LT2 LTPoE++?/PoE+/PoE PD 控制器消除。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許使用幾個(gè)小信號(hào)二極管（在圖《》中圈出在一起（紅色），用于輔助輸入檢測(cè)。這些二極管不像傳統(tǒng)架構(gòu)那樣位于電源路徑中，因此它們不會(huì)產(chǎn)生任何額外的壓降或發(fā)熱問(wèn)題。

結(jié)果

與圖2相比，圖1所示的電源架構(gòu)顯著降低了總功耗。為了量化，LT4320 與低通道電阻 MOSFET 相結(jié)合，可在每個(gè)理想二極管橋 MOSFET 上產(chǎn)生 20mV 的壓降。這在 8.96V （9V – 2 ? 20mV） 隔離電源下產(chǎn)生輸入。較高的輸入電壓使所需的輸入電流降至僅2.9A （26W/8.96V），而原來(lái)為3.5A。

改進(jìn)后的架構(gòu)產(chǎn)生的功耗現(xiàn)在僅為116mW （2.9A ? 2 ? 20mV），而原始架構(gòu)為5.2W，降低了45×！此外，較低的輸入電流進(jìn)一步降低了隔離電源功率組件（即輸入濾波電感器、電源變壓器和開(kāi)關(guān)MOSFET）的功耗，因?yàn)樗鼈兊腎減小了2R 功率損耗。一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算表明，這種減少量為31%（100% – 2.9A2 / 3.5A2）。

結(jié)論

將 LT4320 和 LT4275 添加到支持 PoE 的安全攝像頭的輔助和 PoE 輸入中，與傳統(tǒng)的全橋 / 二極管 OR 設(shè)計(jì)相比，可恢復(fù)超過(guò) 5W （5.2W – 116mW） 的功耗。功耗的降低簡(jiǎn)化了 PoE 安防攝像機(jī)的熱設(shè)計(jì)時(shí)間和復(fù)雜性。

圖2.改進(jìn)的電源架構(gòu)，電源路徑中沒(méi)有二極管壓降

審核編輯：郭婷