为以太网供电工业安全摄像头节省更多功耗

工业环境中的视频监控包括部署分布在整个工厂车间的大量摄像头，这些摄像头与 PoE 网络连接，通过单根电缆提供数据和电源。此类应用中使用的大量相机引发了对每个用电设备（PD）功耗的担忧，这可以通过一系列低功耗工作模式来解决。

介绍

对工业视频监控设备的需求（图1）正在迅速增长。企业可以从使用为客户和员工提供更高安全性的视频系统中受益。它们帮助检测盗窃并监控员工，以确保他们遵守安全准则。视频监控的新增长领域是嵌入式视觉系统，包括增强现实以及高级行为、面部、手势和物体识别。从模拟到数字以太网供电 （PoE） 网络监控摄像机的迁移可实现可扩展性并增强视频监控系统的功能。在典型的 PoE 网络中，一组 IP 摄像机汇聚在网络录像机 （NVR） 上，该录像机 （NVR） 连接到路由器进行互联网访问。然后可以将 PoE 交换机添加到网络中，以容纳更多摄像机。但是，部署多个摄像头会产生需要解决的功耗问题。在此设计解决方案中，我们将讨论用于PoE应用的用电设备（PD）如何通过一系列工作模式和更高的功耗降低来实现更高的系统效率。

以太网供电 （PoE） 是指通过以太网电缆中继电力的技术，传统上，以太网电缆仅用于传输数据。通过IEEE 802.3af/at标准，供电设备（PSE）可以向下游电源接收器（称为“用电设备”或PD）传输高达30W的功率，同时支持1000-BASE-T数据流。2017年，IEEE802.3bt标准被制定，以开发一个更加自主，强大和高效的PoE框架，该框架允许10G-BASE-T数据传输，功率输出高达90W。该设计解决方案将讨论如何使用符合IEEE 802.3af/at/bt标准的PD实现额外的节能效果。

维护电源签名 （MPS）

即使单个PD以最小负载运行，它仍然会消耗工作功率。当在整个PoE系统中为所有PD添加这种功率时，会增加大量的待机功率，并降低整个应用的效率。例如，消耗30mA电流的48VPD端口接近1.5W的功耗。为了对低负载下的此类功率损耗保持全面问责，IEEE标准定义了保持功率签名（MPS）方案。

为避免与PSE断开连接，PD应在某些导通时间和关断时间内保持一定水平的平均电流，这在IEEE 802.3af/at/3bt中定义。

用电设备示例的应用电路

图2所示为MAX5995A/MAX5995B PD的典型应用电路。我们将使用此 PD 来展示如何为 POE 应用节省电力。来自 PSE 的输入电源通过 V 提供给此设备DD和 V党卫军输出功率通过 V 输送DD和RTN。墙上适配器电源可以通过WAD和RTN连接，以在本地供电。

该器件具有一个专用 LED 引脚，可通过编程在器件处于 MPS、睡眠或超低功耗休眠模式时源出直流电流（这些模式将在后面详细讨论）。LED电流的大小可以根据连接到/SL引脚的RSL电阻值进行控制。驱动 /SL 引脚允许进入睡眠模式。将 /ULP 引脚驱动为低电平，然后将 /SL 引脚拉低，可进入超睡眠模式。/WK 引脚用于退出任何睡眠和超低功耗睡眠模式。电阻器 （R德特= 24.9kO） 从 DET 到 VDD实现单特征 PD 检测。两个外部电阻器，R里昂证券/R中信银行，从 CLSA/CLSB 连接到 V党卫军将分类签名设置为PSE，并定义从PD请求的功耗。

图2.MAX5995A/MAX5995B的应用电路

表 1 显示了与 MPS 功能相关的规格，其中最小电流适用于智能 MPS 功能。这定义为24mA （IMPS_FALL），退出模式的最大阈值为28.7mA （IMPS_RISE).MPS 签名的高低时间定义为 tMPS_HIGH和 tMPS_LOW分别。请注意，tMPS_HIGH/吨MPS_LOW= 84ms/228ms ~27% 占空比，典型值。此外，当设备处于 MPS 模式时，无法激活睡眠或超低功耗睡眠模式。

 

维护电源签名	象征	部件号	最小值	典型值	麦克斯	单位
PoE MPS 电流上升阈值	我MPS_RISE	MAX5995B/MAX5995C		28.7		马
PoE MPS 电流下降阈值	我MPS_FALL	MAX5995B/MAX5995C		24		马
PoE MPS 电流阈值迟滞	我MPS_HYS	MAX5995B/MAX5995C		4.3		马
PoE MPS 时间高点	我MPS_HIGH	MAX5995A/MAX5995B默认，MAX5995C默认AUC浮动	80	84	90	马
PoE MPS 时间低	我MPS_LOW	MAX5995A/MAX5995B默认，MAX5995C默认AUC浮动	217	2228	240	马

 

该器件包括智能 MPS 功能，当输入电流小于约 24mA 的典型阈值时，该功能以 27% 占空比（典型时间段为 312ms）调制输入电流。这样的方案有助于实现以下好处：

通过按照特定模式调制电流，MAX5995B可将平均直流电流降低到10mA以下，从而降低功耗。

在极低负载电流（或空载）下，MAX5995B的智能MPS功能可确保平均直流电流保持到足以防止与PSE完全断开。如图3所示，MAX5995B通过在312ms的总周期内保持84ms的非脉动直流电流来实现这一点。

MAX5995B支持的LED驱动器提供250Hz的周期性电流脉冲（幅度由/SL和V之间的电阻设置）党卫军引脚），当设备进入睡眠或超低功耗睡眠模式时。在IC内部，超低功耗休眠和MPS模式都使用相同的电路，导致MPS波形在低电平期间产生250Hz的脉动。图3显示了器件进入MPS模式时负载电流（I负荷） 减小，使输入电流降至 MPS 阈值以下。电流进入VDD观察到引脚开始产生MPS模式，并且在MPS的低电平期间可以看到LED电流波形。请注意，负载连接在 V 之间DD和RTN。电流进入VDD引脚不是负载电流的反射。

图3.MAX5995B在低工作电流下进入MPS模式。

图4显示，当负载电流增加到I以上时MPS_RISE阈值，MPS 模式关闭，VDD当前不再显示该模式。

图4.当工作电流超过MPS门限时，MAX5995B退出MPS模式。

休眠和超低功耗休眠模式可节省功耗

MAX5995A/MAX5995B的休眠模式和超低功耗休眠模式允许PD系统进一步降低功耗，将PG拉低以禁用下游DC-DC转换器，同时仍保持MPS电流和PSE连接。这些省电模式可由一些外部应用驱动的标准触发，或者仅用于在空闲操作期间关闭系统。

睡眠模式

可以通过将 /SL 引脚驱动为低电平在设备上进入睡眠模式。一旦进入休眠模式，该器件将解除电源就绪 （PG） 引脚的置位，最终可能会禁用 DC-DC 转换器输出。进入睡眠模式后，LED 引脚开始根据连接在 /SL 引脚上的 RSL 电阻器提供电流。该器件将输入电流保持在足以防止与 PSE 断开连接的最低直流电平。图5显示了演示此行为的波形。

图5.在MAX5995B上进入睡眠模式。

下拉漏极开路输入 /WK 引脚可命令器件退出休眠模式并重新使能 DC-DC 转换器输出。此外，退出模式时 LED 电流关闭。图6显示了退出睡眠模式时出现的波形。

图6.MAX5995B退出休眠模式

超低功耗休眠模式

除休眠模式外，MAX5995B还支持超低功耗休眠模式，进一步降低功耗。与睡眠模式一样，超低功耗睡眠模式对 PG 引脚进行取消置位，LED 引脚根据连接的 RSL 电阻器输出恒定电流。此外，超低功耗休眠模式激活 MPS 功能以调制输入电流，并比休眠模式更能降低功耗。

要进入超低功耗休眠模式，需要将 /SL 引脚拉低，而 /ULP 引脚已被拉低。图7所示为MAX5995B进入超低功耗休眠模式。五世DD输入电流波形显示 MPS 模式。

图7.在MAX5995B上进入超低功耗休眠模式。

要退出超低功耗睡眠模式，请下拉 /WK 引脚，如图 8 所示。

图8.退出MAX5995B的超低功耗休眠模式。

当设备处于 MPS 模式时，无法激活睡眠和超睡眠模式。

结论

当多个PD设备运行时，省电模式可以大大降低整个PoE系统的功耗并提高电源效率。MAX5995B为IEEE 802.3bt PD，用于PoE应用，并具有功耗降低模式，可实现更高的系统效率。通过智能MPS等特性，MAX5995B在低负载条件下实现省电模式，同时仍与PSE保持连接。此功能有助于提高整个 PoE 系统的整体效率。

MAX5995B的休眠和超低功耗休眠特性允许由系统主机通过专用的/SL和/ULP引脚激活。这进一步降低了 PoE 系统中的功耗。通过MAX5995B的休眠模式，可以命令器件关断连接到PD的有源负载。超低功耗休眠模式用于实现休眠模式的功能，同时通过在 MPS 模式下运行来节省更多电量。

审核编辑：郭婷