浅谈安防系统中的电源100729

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1、浅谈安防系统中的电源浅谈安防系统中的电源摘 要：通过安防系统和安防电源简介，了解安防电源的重要性，同时给出安防电源的硬件设 计建议，重点介绍了 PCB 设计和产品测试要点。 关键词：安防 安防系统 电源 开关电源一、安防系统 安防系统是以保障安全为目的而建立起来的技术防范系统。它包括利用现代物理和电子 技术及时发现侵入破坏行为、产生声光报警阻吓罪犯、实录事发现场图像和声音提供破案凭 证，以及提醒值班人员采取适当的物理防范措施的各种设备。其实这只是最基本的概念，一 些由这些范畴衍生的子系统，如楼宇对讲系统，也属于安防系统。 安防系统是一门被人们日益重视的新兴专业，就目前发展看，应用普及越来越广，

2、科技 含量越来越高。信息时代的来临以及信息技术的发展，更为其发展提供契机以及赋予其无限 想象的空间。一般地，一个小区的安防系统，主要由家庭防盗报警系统、楼宇对讲系统、周 界防越报警系统、电视监控系统、电子巡更系统、门禁系统等部分构成。二、安防电源作为安防行业的研发设计人员，都希望做出优秀的产品和优秀的工程。人们在重视系统 整体稳定时，往往忽视了对系统有重要影响的部分电源。电源作为安防系统的“心脏” ， 是每个安防系统的动力之源。电源的安全、可靠和高品质是保证系统正常运行、正常通讯的 必要条件。图：安防电源的产品外观 本文所阐述的安防电源是指电源适配器，是把一种类型的电能（如交流、较高电压）转

3、换为另一种类型的电能（如直流、较低电压）的装置，主要包括线路板、外壳、输入端子、输出端子等。随着电子技术的发展，开关电源模块以其相对体积小、效率高、工作可靠等优 点而逐渐取代传统整流电源。所谓的开关电源是利用电子技术，控制开关管导通和关断的时 间比率（称为占空比） ，从而控制输出电压稳定的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制 （PWM）控制 IC、开关管（MOSFET）以及反馈、电压整形、异常保护等部分构成。在当 今全球面临能源危机的情况下，绿色、环保、节能成为电子产品的主流，因此，开关电源成 为安防电源的首选。三、安防电源的硬件设计对于一个安防系统，由于其需要长期不间断工作，并且由于工程布线

4、等原因，可能运行 在比较恶劣的环境之下，这里所说的“环境” ，包含两方面的内容： 自然环境。一个安防系统的工程的设备以及布线，由于施工地点的限制，可能要经 过各种各样的自然环境，比如酷热、寒冷、潮湿、干燥、多尘等等； 电磁环境。一个安防系统工程的设备以及布线，会处于各种复杂的电磁环境中，比 如强电、弱电、高频、低频的各种电磁波。 以上不利因素，都会对安防系统的正常运行造成威胁，电源作为安防系统的有机组成部 分，不可避免地要接受这些考验。为了保持系统的正常工作，减少系统损坏、死机、误动作， 在做好其它设备的同时，做好电源也成为一项重要的首当其冲的必不可少的任务。 一款安防电源，从立项到原理图设计

5、、结构设计、PCB（印制电路板）布局和走线，不 仅要考虑安防电源作为电子产品的普遍性，而且必须充分考虑安防电源应用于安防系统的安 装环境特殊性，一开始就重点考虑电磁兼容、过载、过流、过热保护、防启动冲击等问题； 对于带有备电的电源，还要考虑充电管理、过充、过放保护。 1 原理图设计。要充分考虑此电源的输入电压、输出电压、输出纹波、负载电流、负 载瞬变、过载过压保护等各项要求，从产品设计的一开始就遏制各种错误，最小化各种不良因素的影响，以保证产品从一开始就处于最安全、最优化的状态，从而做出最优良的产品。 2 结构设计。结构的设计，不仅要给予用户以赏心悦目的外观、简单易懂的界面、操 作方便的输入输

6、出接口，还要结合产品可能的安装环境，不仅要考虑产品的体积、形状、容 易安装等方面因素，还要充分考虑产品的防雨、防尘、防潮、防震动、易散热等性能。 3 PCB（印制电路板）设计。PCB 的设计在电源产品的设计过程中也处于一个重要的环 节。PCB 不仅是简单地布局和走线，它还是知识的沉淀和经验的积累。一块 PCB 的设计方面 的成败，完全可以决定一款产品的成败。一个合理的原理图，也可能会因为一块设计不完善 的 PCB 而导致产品设计的失败。对于 PCB 设计的部分，以下第四部分将详细说明。 4 产品（样品）测试。当 PCB 设计阶段完成，PCB 板子经打样、按 BOM 焊接好，下一步 工作就是测试

7、了。测试的目的就是通过连接小系统，测量样机的各项指标，验证设计的各个 阶段的预期目标有没有达到，同时也发现一些设计阶段可能没有考虑到的问题，提供给 PCB 改板时充分考虑。详见第五部分。四、安防电源的 PCB（印制电路板）设计在安防电源设计中，PCB 的设计都是硬件设计的最后一个环节。PCB 作为大部分元器件 的载体和走线通道，如果设计方法不当，PCB 可能会辐射过多的电磁干扰，不仅造成电源自 身工作不稳定，还会影响整个安防系统工作的稳定，比如产生视频、音频干扰，以及通讯异 常、系统误动作等等。安防电源的 PCB 设计除了要遵循其它电子产品 PCB 设计中所应遵循的 普遍规则以外，还应注意以下

8、一些事项：1、设计流程设计流程。建立元件参数导入原理图网络设计参数设置（规则设置）手工布 局手工布线验证设计（DRC 检查）复查完成 PCB 设计打样。 2、参数设置。参数设置。相邻导线间距必须能满足电气安全要求（安全间距） ，而且为了便于操 作和生产，间距也应尽量宽些。最小间距至少要能适合承受的电压，在布线密度较低时，信 号线的间距可适当地加大，对高、低电平悬殊的信号线应尽可能地短且加大间距，一般情况 下将走线间距应大于 0.2mm。当与焊盘连接的走线较细时，要将焊盘与走线之间的连接设计 成“泪滴” ，这样的好处是焊盘不容易起皮，而且走线与焊盘不易断开。3、元件布局。元件布局。具体来说，对于

9、每一个开关电源，都有四个电流回路：电源开关交流 回路；输出整流交流回路；输入信号源电流回路； 输出负载电流回路。图：安防电源的 PCB（局部，元件面）输入和输出滤波电容的接线端十分重要，输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接 线端连接到电源；如果在输入/输出回路和电源开关/整流回路之间的连接无法与电容的接线 端直接相连，交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整 流器的交流回路包含高幅梯形电流，这些电流中谐波成分很高，其频率远大于开关基频，峰 值幅度可高达持续输入/输出直流电流幅度的 5 倍，过渡时间通常约为 50ns。这两个回路最 容易产生电磁干扰，因此必须在电源

10、中其它走线布线之前先布好这些交流回路，每个回路的三种主要的元件滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器应彼此相邻地进行放置，调整 元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。 建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似，最佳设计流程如下：放置变压器设 计电源开关电流回路设计输出整流器电流回路连接到交流电源电路的控制电路。 对电路的全部元器件进行布局时，要符合以下原则： 首先要考虑 PCB 尺寸大小。PCB 尺寸过大时，走线条长，阻抗增加，抗噪声能力 下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳形状 矩形，长宽比为 3：2 或 4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不

11、小于 2mm。 放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。 以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。元器件应均匀、 整齐、 紧凑地排列在 PCB 上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接, 去耦电容尽 量靠近每个集成电路（IC）的电源（VCC）脚。 在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器 件平行排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。 按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号 尽可能保持一致的方向。 尽可能地减小环路面积,以抑制开关电源的辐射干扰。 4 4、布线。、布线。进行全局布线的时候，首先要遵循 PCB 设

12、计中的普遍原则，然后考虑安防电 源的特殊要求。开关电源中包含有高频信号，PCB 上任何走线（track,印制线）都可以起到 天线的作用，走线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗，从而影响频率响应。即使是通过直流 信号的走线也会从邻近的走线耦合到射频信号并造成电路问题，甚至再次辐射出干扰信号。 因此应将所有通过交流电流的走线设计得尽可能短而宽，这意味着必须将所有连接到走线和 连接到其他电源线的元器件放置得很近。走线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与走线的电感量和阻抗成反比。长度反映出走线响应的波长，长度越长，走线能发送 和接收电磁波的频率越低，它就能辐射出更多的射频能量。根据走线路板电流

13、的大小，尽量 加粗电源走线，减少环路电阻。 同时，电源线、地线的走向和电流的方向一致，有助于增 强抗噪声能力。 接地是开关电源四个电流回路的底层支路，作为电路的公共参考点起着很重要的作用， 它是控制干扰的重要因素。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置，将各种接地混合会造 成电源工作不稳定。在地线设计中应注意以下几点： 正确选择单点接地。通常，滤波电容公共端应是其它的接地点耦合到大电流的交 流地的唯一连接点，同一级电路的接地点应尽量靠近，并且本级电路的电源滤波电 容也应接在该级接地点上，主要是考虑电路各部分回流到地的电流是变化的，因实 际流过的线路的阻抗会导致电路各部分地电位的变化而引入干扰。做

14、不到单点时， 接在比较集中的一块铜箔处就可以。 尽量加粗接地线。若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设 备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的走线，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关 系是：地线电源线信号线，如有可能，接地线的宽度应大于 3mm，也可用大面 积铜层（敷铜）作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。5 5、检查。、检查。布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时 也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查线与线、线与元件焊盘、 线与贯通孔、元

15、件焊盘与贯通孔、贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。 当然这一切也可以让设计规则检查（DRC）自动同步检查。但在实践中，在布线阶段有可能 是临时忽略某些错误的。况且有些检查内容在布线设计中是很难做 DRC 设置的。五、安防电源的产品测试实践是检验真理的唯一标准。一个成熟产品的诞生，从设计到生产到出厂，各个阶段都 必须要对元器件、半成品、产品进行测试。以下是作为安防电源在研发过程中所需要通过的 测试。 纹波测试。这一点在安防系统的视频部分（如楼宇对讲的视频分机、电视监控的监 视器）中特别重要，实践表明，如果达不到要求，视频终端会出现横纹、斜纹、雪 花等现象，信号传输距离比较远的时

16、候尤其明显。 稳定性测试。这个主要是老化试验，以评估产品在长时间工作的情况下，状态是否 稳定。 绝缘测试。使用绝缘电阻测试设备，测试电路主体、输入输出和外壳之间的绝缘程 度。 过载保护。包含输出短路保护测试。 电源瞬变测试。 满负载冲击测试。 耐压测试。 泄漏电流测试。电磁兼容性（EMC）测试。使用负载满负载测试和使用小系统测试。 试验过程中小系统处于各种正常运行状态。六、结束语随着经济的快速发展，人们对居住、生活环境的安全有着更大的期待，特别是“国家 应急体系” 、 “平安城市” 、 “平安建设” 、 “科技强警”等重大工程项目在全国的展开，推动着 安防行业的快速发展，安防行业成了继 IT 行业之后又一热门的“朝阳产业” 。数据显示，中 国已成为美国之后全球第二大安防市场，安防产值从 2000 年 250 亿元增长到 2010 年的 2000 亿元。在深圳等一些经济发达城市，甚至出现了规模化、集中化的专业安防市场，整 个行业出现一派蓬勃发展的势头。作为安防系统配套产品的安