افزایش عمر باتری دوربین های امنیتی بی سیم با مدیریت صحیح برق

این مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه راندمان تنظیم‌کننده ولتاژ مدیریت انرژی و جریان ساکن نقش مهمی در عمر باتری دوربین‌های امنیتی بی‌سیم دارد.

پیشرفت‌ها در فناوری‌های بی‌سیم و اینترنت اشیا به رشد بازار سیستم‌های دوربین امنیتی دامن می‌زند. دوربین های امنیتی در فضای باز باید برای مدت طولانی روی باتری های کوچک یکبار مصرف کار کنند. این راه حل طراحی نشان می دهد که چگونه یک سیستم مدیریت توان با کارایی بالا می تواند یک دوربین امنیتی در فضای باز را چندین ماه بیشتر از یک راه حل معمولی تغذیه کند.

استفاده روزافزون از اینترنت اشیا (IoT) و پیشرفت‌های فناوری بی‌سیم به لطف تلفن‌های هوشمند با گزینه‌های امنیتی بی‌سیم، باتری‌ها و سیستم‌های امنیتی بی‌سیم با انرژی خورشیدی و دوربین بیسیم متصل به موبایل، بازار امنیت بی‌سیم را در سطح جهان به پیش می‌برد.

در یک یادداشت شخصی تر، یک دوربین امنیتی می تواند به نظارت بر خانه شما از هر نقطه کمک کند، به شما کمک می کند با خانواده و حیوان خانگی در ارتباط باشید و به شما امکان می دهد فعالیت های داخل و خارج را بررسی کنید. جدیدترین دوربین‌های امنیتی در فضای باز کوچک هستند و در عین حال ویژگی‌های راحت یک دستگاه خانه هوشمند را با فناوری دوربین پیشرفته ترکیب می‌کنند.

دوربین‌های امنیتی هنگام تشخیص حرکت، ضبط با وضوح بالا، حتی در شب و برای مقاومت در برابر هر نوع آب و هوایی، هشدارهایی را به تلفن شما ارسال می‌کنند. در این راه حل طراحی، چالش های تامین انرژی یک سیستم دوربین امنیتی در فضای باز را بررسی می کنیم و راه حلی ارائه می دهیم که عمر باتری آن را به بیش از دو سال افزایش می دهد.

سیستم دوربین امنیتی معمولی

شکل 2 یک بلوک دیاگرام معمولی دوربین امنیتی را نشان می دهد. دو باتری 1.5 ولتی، 3000 میلی‌آمپر ساعتی، AA لیتیوم یون سری، شارژی تا 6000 میلی‌آمپر ساعت را برای تغذیه تصویربردار، سنسورها و رادیو روی برد از طریق چهار تنظیم کننده ولتاژ معمولی DC-DC تامین می‌کنند.

سیستم به طور معمول در حالت خواب است. هنگامی که حرکت تشخیص داده می شود، سیستم بیدار می شود. دوربین شروع به ضبط می کند و رادیو داده ها را به ایستگاه پایه ارسال می کند. سپس داده ها به ابر منتقل می شوند، جایی که می توان از راه دور به آنها دسترسی داشت. این سیستم باید برای مدت طولانی در حالی که بیشتر اوقات در حالت خواب است کار کند و حدود 100 ثانیه در روز در حالت ضبط و انتقال داده باشد.

در حالت خواب، هر مبدل باک در شکل 2 دارای جریان نشتی 10µA است. در حین کار با راندمان 85 درصد، یک پالس 100 ثانیه ای با حداکثر توان 316 میلی آمپر از باتری برای سنجش حرکت، ضبط و انتقال داده گرفته می شود. تخلیه ساده شده جریان باتری در بازه زمانی یک روزه در شکل 3 نشان داده شده است.

بر اساس نمایه بار فوق، می توانیم mAhr تخلیه شده در یک روز را محاسبه کنیم:

بر این اساس، یک باتری 6000 میلی آمپری باید دوام داشته باشد:

از سوی دیگر، رگولاتورهای با کارایی بالا با راندمان 92 درصد و جریان ساکن کم (0.33 µA در هر رگولاتور) جریان پالسی تنها 292 میلی آمپر تولید می کنند (شکل 4).

بر این اساس، مشخصات بار آن در شکل 5 نشان داده شده است.

بر اساس نمایه بار فوق، می توانیم mAhr تخلیه شده در یک روز را محاسبه کنیم:

بر این اساس، یک باتری 6000 میلی آمپری باید دوام داشته باشد:

سیستم مدیریت توان با کارایی بالا حدود 4 ماه بیشتر از یک سیستم معمولی دوام می آورد.

چالش ها

دستیابی به راندمان بالا با اندازه کوچک برای هر تنظیم کننده ولتاژ چالش برانگیز است. افزایش فرکانس عملکرد رگولاتور ولتاژ باعث کاهش اندازه پسیوها می شود اما منجر به افزایش تلفات و در نتیجه کاهش کارایی آن می شود. داشتن رگولاتورهایی که با ولتاژ ورودی پایین کار می کنند بسیار مهم است، زیرا ولتاژ باتری در حین کار به طور مداوم کاهش می یابد. گسترش برنامه های دوربین های امنیتی نیاز به چندین نسخه سفارشی تنظیم کننده های ولتاژ، به ویژه با توجه به مشخصات ولتاژ ورودی/خروجی و جریان را ایجاد می کند. بر این اساس، تولید کننده ممکن است مجبور شود موجودی قابل توجه و پرهزینه ای از تنظیم کننده ها و غیرفعال های مختلف را برای پشتیبانی از آنها حفظ کند.

راه حلی با استفاده از مبدل های همزمان باک نانوتوان

به عنوان مثال، خانواده مبدل‌های باک سنکرون nanoPower MAX38640/1/2/3 می‌توانند با این چالش مقابله کنند. آنها راندمان بالایی را همراه با محدوده ورودی 1.8 ولت تا 5.5 ولت و گزینه های جریان بار 175 میلی آمپر / 350 میلی آمپر / 750 میلی آمپر ارائه می دهند. جریان منبع خاموش 330 نانوآمپر و جریان خاموش شدن 5 نانو آمپر این دستگاه را به یک دستگاه واقعاً نانوتوان تبدیل کرده است. شکل 6 سادگی این مدار کاربردی مبدل باک را نشان می دهد.

خانواده مبدل باک، جداکننده مقاومت سنتی را که برای تنظیم مقدار ولتاژ خروجی به نفع مقاومت انتخاب تک خروجی (RSEL) استفاده می شود، حذف می کند، همانطور که در شکل 4 (نوع A) نشان داده شده است. متناوبا، چندین ولتاژ خروجی از پیش انتخاب شده نیز موجود است (نوع B). نتیجه کاهش اندک BOM (یک یا دو مقاومت کمتر)، موجودی ساده شده (تنظیم کننده واحد برای چندین کاربرد) و جریان ساکن کمتر است. جدول 1 اعضای خانواده مبدل باک را در رابطه با درخت قدرت در شکل 4 نشان می دهد.

جدول 1. خانواده مبدل Buck در حال سرویس دهی به مدیریت برق دوربین امنیتی

کارایی MAX38640

خانواده مبدل‌های باک از ICها دارای ترانزیستورهای MOSFET با سیستم انتقال قدرت RDSON پایین هستند که حتی زمانی که در فرکانس‌های آنقدر بالا کار می‌کنند که اندازه کلی PCB کوچک را تضمین کند، کارایی عالی دارند. شکل 7 نمونه ای از کارایی MAX38640 را نشان می دهد.

رگولاتور ولتاژ این مدیریت انرژی، عمر باتری را چند ماه بیشتر ارائه می دهد

دوربین‌های امنیتی به نظارت بر خانه شما از هر نقطه کمک می‌کنند، به شما کمک می‌کنند با خانواده و حیوانات خانگی در ارتباط باشید و به شما امکان می‌دهند فعالیت‌های داخل و خارج از خانه را بررسی کنید. دوربین های امنیتی در فضای باز باید بی سیم بوده و روی باتری های کوچک یکبار مصرف عمر طولانی داشته باشند. در این راه حل طراحی، ما نشان دادیم که چگونه کارایی تنظیم کننده ولتاژ مدیریت توان و جریان ساکن نقش مهمی در عمر باتری دوربین امنیتی دارد. برای سیستم مورد بررسی، راه حل مدیریت توان با کارایی بالا بیش از دو سال کارکرد داشت و چهار ماه بیشتر از یک راه حل معمولی دوام داشت.

برگرفته از وب سایت allaboutcircuits.