為以太網(wǎng)供電工業(yè)安全攝像頭節(jié)省更多功耗

工業(yè)環(huán)境中的視頻監(jiān)控包括部署分布在整個工廠車間的大量攝像頭，這些攝像頭與 PoE 網(wǎng)絡連接，通過單根電纜提供數(shù)據(jù)和電源。此類應用中使用的大量相機引發(fā)了對每個用電設備（PD）功耗的擔憂，這可以通過一系列低功耗工作模式來解決。

介紹

對工業(yè)視頻監(jiān)控設備的需求（圖1）正在迅速增長。企業(yè)可以從使用為客戶和員工提供更高安全性的視頻系統(tǒng)中受益。它們幫助檢測盜竊并監(jiān)控員工，以確保他們遵守安全準則。視頻監(jiān)控的新增長領域是嵌入式視覺系統(tǒng)，包括增強現(xiàn)實以及高級行為、面部、手勢和物體識別。從模擬到數(shù)字以太網(wǎng)供電 （PoE） 網(wǎng)絡監(jiān)控攝像機的遷移可實現(xiàn)可擴展性并增強視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能。在典型的 PoE 網(wǎng)絡中，一組 IP 攝像機匯聚在網(wǎng)絡錄像機 （NVR） 上，該錄像機 （NVR） 連接到路由器進行互聯(lián)網(wǎng)訪問。然后可以將 PoE 交換機添加到網(wǎng)絡中，以容納更多攝像機。但是，部署多個攝像頭會產(chǎn)生需要解決的功耗問題。在此設計解決方案中，我們將討論用于PoE應用的用電設備（PD）如何通過一系列工作模式和更高的功耗降低來實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。

以太網(wǎng)供電 （PoE） 是指通過以太網(wǎng)電纜中繼電力的技術，傳統(tǒng)上，以太網(wǎng)電纜僅用于傳輸數(shù)據(jù)。通過IEEE 802.3af/at標準，供電設備（PSE）可以向下游電源接收器（稱為“用電設備”或PD）傳輸高達30W的功率，同時支持1000-BASE-T數(shù)據(jù)流。2017年，IEEE802.3bt標準被制定，以開發(fā)一個更加自主，強大和高效的PoE框架，該框架允許10G-BASE-T數(shù)據(jù)傳輸，功率輸出高達90W。該設計解決方案將討論如何使用符合IEEE 802.3af/at/bt標準的PD實現(xiàn)額外的節(jié)能效果。

維護電源簽名 （MPS）

即使單個PD以最小負載運行，它仍然會消耗工作功率。當在整個PoE系統(tǒng)中為所有PD添加這種功率時，會增加大量的待機功率，并降低整個應用的效率。例如，消耗30mA電流的48VPD端口接近1.5W的功耗。為了對低負載下的此類功率損耗保持全面問責，IEEE標準定義了保持功率簽名（MPS）方案。

為避免與PSE斷開連接，PD應在某些導通時間和關斷時間內(nèi)保持一定水平的平均電流，這在IEEE 802.3af/at/3bt中定義。

用電設備示例的應用電路

圖2所示為MAX5995A/MAX5995B PD的典型應用電路。我們將使用此 PD 來展示如何為 POE 應用節(jié)省電力。來自 PSE 的輸入電源通過 V 提供給此設備DD和 V黨衛(wèi)軍輸出功率通過 V 輸送DD和RTN。墻上適配器電源可以通過WAD和RTN連接，以在本地供電。

該器件具有一個專用 LED 引腳，可通過編程在器件處于 MPS、睡眠或超低功耗休眠模式時源出直流電流（這些模式將在后面詳細討論）。LED電流的大小可以根據(jù)連接到/SL引腳的RSL電阻值進行控制。驅(qū)動 /SL 引腳允許進入睡眠模式。將 /ULP 引腳驅(qū)動為低電平，然后將 /SL 引腳拉低，可進入超睡眠模式。/WK 引腳用于退出任何睡眠和超低功耗睡眠模式。電阻器 （R德特= 24.9kO） 從 DET 到 VDD實現(xiàn)單特征 PD 檢測。兩個外部電阻器，R里昂證券/R中信銀行，從 CLSA/CLSB 連接到 V黨衛(wèi)軍將分類簽名設置為PSE，并定義從PD請求的功耗。

圖2.MAX5995A/MAX5995B的應用電路

表 1 顯示了與 MPS 功能相關的規(guī)格，其中最小電流適用于智能 MPS 功能。這定義為24mA （IMPS_FALL），退出模式的最大閾值為28.7mA （IMPS_RISE).MPS 簽名的高低時間定義為 tMPS_HIGH和 tMPS_LOW分別。請注意，tMPS_HIGH/噸MPS_LOW= 84ms/228ms ~27% 占空比，典型值。此外，當設備處于 MPS 模式時，無法激活睡眠或超低功耗睡眠模式。

該器件包括智能 MPS 功能，當輸入電流小于約 24mA 的典型閾值時，該功能以 27% 占空比（典型時間段為 312ms）調(diào)制輸入電流。這樣的方案有助于實現(xiàn)以下好處：

通過按照特定模式調(diào)制電流，MAX5995B可將平均直流電流降低到10mA以下，從而降低功耗。

在極低負載電流（或空載）下，MAX5995B的智能MPS功能可確保平均直流電流保持到足以防止與PSE完全斷開。如圖3所示，MAX5995B通過在312ms的總周期內(nèi)保持84ms的非脈動直流電流來實現(xiàn)這一點。

MAX5995B支持的LED驅(qū)動器提供250Hz的周期性電流脈沖（幅度由/SL和V之間的電阻設置）黨衛(wèi)軍引腳），當設備進入睡眠或超低功耗睡眠模式時。在IC內(nèi)部，超低功耗休眠和MPS模式都使用相同的電路，導致MPS波形在低電平期間產(chǎn)生250Hz的脈動。圖3顯示了器件進入MPS模式時負載電流（I負荷） 減小，使輸入電流降至 MPS 閾值以下。電流進入VDD觀察到引腳開始產(chǎn)生MPS模式，并且在MPS的低電平期間可以看到LED電流波形。請注意，負載連接在 V 之間DD和RTN。電流進入VDD引腳不是負載電流的反射。

圖3.MAX5995B在低工作電流下進入MPS模式。

圖4顯示，當負載電流增加到I以上時MPS_RISE閾值，MPS 模式關閉，VDD當前不再顯示該模式。

圖4.當工作電流超過MPS門限時，MAX5995B退出MPS模式。

休眠和超低功耗休眠模式可節(jié)省功耗

MAX5995A/MAX5995B的休眠模式和超低功耗休眠模式允許PD系統(tǒng)進一步降低功耗，將PG拉低以禁用下游DC-DC轉(zhuǎn)換器，同時仍保持MPS電流和PSE連接。這些省電模式可由一些外部應用驅(qū)動的標準觸發(fā)，或者僅用于在空閑操作期間關閉系統(tǒng)。

睡眠模式

可以通過將 /SL 引腳驅(qū)動為低電平在設備上進入睡眠模式。一旦進入休眠模式，該器件將解除電源就緒 （PG） 引腳的置位，最終可能會禁用 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出。進入睡眠模式后，LED 引腳開始根據(jù)連接在 /SL 引腳上的 RSL 電阻器提供電流。該器件將輸入電流保持在足以防止與 PSE 斷開連接的最低直流電平。圖5顯示了演示此行為的波形。

圖5.在MAX5995B上進入睡眠模式。

下拉漏極開路輸入 /WK 引腳可命令器件退出休眠模式并重新使能 DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出。此外，退出模式時 LED 電流關閉。圖6顯示了退出睡眠模式時出現(xiàn)的波形。

圖6.MAX5995B退出休眠模式

超低功耗休眠模式

除休眠模式外，MAX5995B還支持超低功耗休眠模式，進一步降低功耗。與睡眠模式一樣，超低功耗睡眠模式對 PG 引腳進行取消置位，LED 引腳根據(jù)連接的 RSL 電阻器輸出恒定電流。此外，超低功耗休眠模式激活 MPS 功能以調(diào)制輸入電流，并比休眠模式更能降低功耗。

要進入超低功耗休眠模式，需要將 /SL 引腳拉低，而 /ULP 引腳已被拉低。圖7所示為MAX5995B進入超低功耗休眠模式。五世DD輸入電流波形顯示 MPS 模式。

圖7.在MAX5995B上進入超低功耗休眠模式。

要退出超低功耗睡眠模式，請下拉 /WK 引腳，如圖 8 所示。

圖8.退出MAX5995B的超低功耗休眠模式。

當設備處于 MPS 模式時，無法激活睡眠和超睡眠模式。

結(jié)論

當多個PD設備運行時，省電模式可以大大降低整個PoE系統(tǒng)的功耗并提高電源效率。MAX5995B為IEEE 802.3bt PD，用于PoE應用，并具有功耗降低模式，可實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率。通過智能MPS等特性，MAX5995B在低負載條件下實現(xiàn)省電模式，同時仍與PSE保持連接。此功能有助于提高整個 PoE 系統(tǒng)的整體效率。

MAX5995B的休眠和超低功耗休眠特性允許由系統(tǒng)主機通過專用的/SL和/ULP引腳激活。這進一步降低了 PoE 系統(tǒng)中的功耗。通過MAX5995B的休眠模式，可以命令器件關斷連接到PD的有源負載。超低功耗休眠模式用于實現(xiàn)休眠模式的功能，同時通過在 MPS 模式下運行來節(jié)省更多電量。

審核編輯：郭婷