CN108391054A - 一种基于同轴的后前端供受电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种基于同轴的后前端供受电电路，包括后端供电电路、前端受电电路、同轴线，其中后端供电电路包括第一叠加电路、电流检测控制电路和电源输入电路，所述电流检测控制电路通过第一叠加电路耦接同轴线第一端和视频处理电路，并通过电源输入电路耦接电源；前端受电电路包括第二叠加电路、电源处理电路和DCDC降压电路，所述电源处理电路的第一端通过第二叠加电路耦接同轴线第二端和模拟相机视频信号输出端，第二端耦接DCDC降压电路的输入端；从而可以在一根同轴线上同时实现模拟视频信号和直流电源传输。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种用于视频监控领域的基于同轴的后前端供受电电路。
背景技术
为了降低模拟视频监控系统安装成本和安装难度，有部分安防厂商提出采用同轴供电的方式，通过同轴线同时传输模拟视频信号和直流电源，但是目前市面上的供电系统存在如下问题：1、只能接带有同轴供电模块的前端摄像机，接不带同轴供电模块的摄像机会导致摄像机烧毁，从而会给生产测试、安装测试带来麻烦。2、通过在后端加额外的控制和检测电路进行前端摄像机的识别，从而是增加设备成本。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种同轴的后前端供受电电路，并且后端电路在不需要额外控制电路的情况下，实现POC前端摄像机和传统供电方式摄像机的正常工作。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于同轴的后前端供受电电路，包括后端供电电路、前端受电电路以及连接后端供电电路与前端受电电路的同轴线，所述的后端供电电路包括第一叠加电路、电流检测控制电路和电源输入电路，所述电流检测控制电路通过第一叠加电路耦接同轴线第一端和视频处理电路，并通过电源输入电路耦接电源；所述电流检测控制电路包括电阻R1-R5和三极管Q1、Q2，其中，三极管Q1的集电极耦接电阻R2、R5的一端，并与电源视频叠加电路耦接，三极管Q1的基极耦接电阻R2的另一端和电阻R3的一端，以及三极管Q2的集电极，三极管Q1的发射极耦接电阻R1的一端；电阻R1的另一端耦接三极管Q2的发射极和电阻R4的一端，并与电源输入电路耦接；三极管Q2的基极耦接电阻R4、R5的另一端；电阻R3的另一端接地。
进一步的，所述第一叠加电路包括电感L1、电解电容C1及二极管D1-D8；其中，电感L1的一端耦接二极管D1的负极，并与电流检测控制电路中三极管Q1的集电极耦接，电感L1的另一端耦接同轴线第一端、电解电容C1的正极、二极管D1的正极和二极管D2的负极；电解电容C1的负极耦接视频处理电路，以及二极管D2、D5的正极和二极管D3的负极；二极管D3的正极耦接二极管D8的负极，二极管D4的正极耦接二极管D5的负极，二极管D4的负极耦接二极管D6的正极，二极管D6的负极耦接二极管D7的正极，二极管D7的负极和二极管D8的正极接地。
进一步的，所述电源输入电路包括电感L2和电解电容C2,；其中，电感L2的一端耦接电流检测控制电路中电阻R1的一端，另一端耦接电源VCC和电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地。
进一步的，所述的前端受电电路包括第二叠加电路、电源处理电路和DCDC降压电路，所述电源处理电路的第一端通过第二叠加电路耦接同轴线第二端和模拟相机视频信号输出端，第二端耦接DCDC降压电路的输入端；所述电源处理电路包括电阻R10-R12、电感L5、电解电容C4、C5和三极管Q3、Q4，其中，电阻R10的一端耦接三极管Q3、Q4的集电极，并与第二叠加电路耦接，电阻R10的另一端耦接三极管Q3的基极，以及电解电容C4、C5的正极；三极管Q3的发射极耦接三极管Q4的基极和电阻R11的一端，三极管Q4的发射极耦接电阻R12的一端；电阻R11的另一端耦接电解电容C4的负极、电阻R12的另一端和电感L5的一端，电感L5的另一端耦接DCDC降压电路，电解电容C5的负极接地。
进一步的，所述第二叠加电路包括电感L3、电阻R8、R9、电解电容C3和二极管D11-D18；其中，电感L3的一端耦接电阻R9的一端和二极管D12的正极，并与所述电源处理电路中的电阻R10耦接，电感L3的另一端耦接电阻R9的另一端、二极管D12的负极，以及电阻R8的一端和同轴线第二端；电阻R8的另一端耦接电解电容C3的正极和二极管D11的负极；电解电容C3的负极耦接模拟相机视频信号输出端，以及二极管D11、D17的正极和二极管D13的负极；二极管D17的负极耦接D18的正极，二极管D18的负极耦接D15的正极，二极管D15的负极耦接D16的正极，二极管D13的正极耦接D14的负极，二极管D14的正极和二极管D16的负极接地。
进一步的，所述DCDC降压电路的输出端输出12V电源，用于给模拟相机供电。
本发明的基于同轴的前后端供受电电路，其后端供电电路可将直流电源和模拟视频信号叠加在一起，通过同轴线将直流电源传输到前端受电电路，与此同时前端受电电路可将模拟视频信号传输到后端供电电路上，并可将同轴线上的直流电源提取出来转化为12V电源给模拟相机供电，从而实现了在一根同轴线上同时传输模拟视频信号和直流电源。
本发明的基于同轴的前后端供受电电路，其后端供电电路中的电流检测控制电路通过采样电阻R1对电路电流进行实时监控，并将检测结果实时反馈给由三极管和电阻组成的控制电路，以达到控制电路中的电流大小的目的，从而保护整个系统的安全。同时，使得后端电路在不需要额外控制电路的情况下，能够自动识别前端电路，且能同时满足POC前端摄像机和传统供电方式摄像机的正常工作，并支持热插拔功能。
附图说明
图1为本发明的基于同轴的前后端供受电电路的电路组成及连接示意图。
图2为本发明中电流检测控制电路实施例的电路示意图。
图3为本发明中后端供电电路实施例的电路示意图。
图4为本发明中前端受电电路实施例的电路示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
首先，需要解释的是：下文中，同轴供电(POC、Power Over Coaxia) 是一种基于同轴线的视频、同轴控制、视频电源叠加的技术。模拟相机(Analog camera) 是输出信号为模拟视频信号的相机。前端受电电路分为两种：一种是支持同轴供电功能的模拟相机，我们这里简称POC相机；另一种是不支持同轴供电功能的模拟相机，简称非POC相机。
如图1所示是本发明的基于同轴的后前端供受电电路，包括后端供电电路、前端受电电路、同轴线，其中后端供电电路包括第一叠加电路、电流检测控制电路和电源输入电路，电流检测控制电路通过第一叠加电路耦接同轴线第一端和视频处理电路，并通过电源输入电路耦接电源；前端受电电路包括第二叠加电路、电源处理电路和DCDC降压电路，电源处理电路的第一端通过第二叠加电路耦接同轴线第二端和模拟相机视频信号输出端，第二端耦接DCDC降压电路的输入端。
所述的同轴线是常见的信号传输线，中心的铜芯是传送电平的，被绝缘材料包覆；绝缘材料外面是与铜芯共轴的筒状金属薄层，传输低电平，同时起到屏蔽作用。所述同轴线的一端连接前端受电电路，另一端连接后端供电电路。
如图2所示为本发明一种实施方式的后端供电电路中电流检测控制电路的电路示意图。其中，电流检测控制电路包括电阻R1-R5和三极管Q1、Q2；电阻R1一端分别接电感L2一端、电阻R4的一端、三极管Q2的发射极（E2）、R1的另一端接三极管Q1的发射极（E1）；三极管Q1是集电极（C1）分别接电感L1的一端、二极管D1的负极、电阻R2的一端、电阻R5的一端；三极管Q1的基极（B1）分别接电阻R2的另一端、电阻R3的一端、三极管Q2的集电极（C2）；三极管Q2的基极（B2）分别接电阻R4的另一端、电阻R5的另一端；电阻R3的另一端接地。
上述电流检测控制电路主要用于实时检测电路中的电流大小并控制电流大小的转换，从而保护整个系统电路和模拟相机的安全。具体说明如下：
电阻R1在电路中的作用是实时检测电路中的电流大小，并将检测到的信号量反馈给由电阻R2、R3、R4、R5和三极管Q1、Q2组成的控制电路，由此来控制三极管Q2的闭合状态，从而来控制电路输出的电流大小。电阻R1是采样电阻，阻值是比较小的，在一定的电流范围内，上面的压降不是很大，当电路通电时，三极管Q1的发射级电压近似等于直流电源电压，三极管Q1的基级由于电阻R3和电阻R2的分压作用，使得基级的电压处在能让三极管进入饱和状态，使得直流电源输出到后级电路上。当后级电路出现故障或者接的是非POC相机，电路中的电流会突然变大，因此会导致采样电阻两端的电压压降也会突然增大，增大的电压会通过电阻R4和R5反馈给三极管Q2的基级，使得三极管的Q2的Vbe增大，从而导致三极管Q2导通，又因为三极管的集电极分别接电阻R3一端、电阻R2一端，所述电容R2另一端分别接后级电路中电感L2的一端、二极管D1的负极，所述电阻R3的另一端接地，且电阻R5阻值够大，从而使得三极管会快速的进入饱和区，此时三极管Q2发射级电压和三极管Q2集电极电压近似相等，又因为三极管Q1的基级跟三极管Q2的发射级连接，因此Q1的基级电压就近似等于Q2的发射级电压，又因为电阻R1的一端接Q2发射级，另一端接三极管Q1发射级，因此Q1的发射级电压比三极管基级电压小，使得三极管Q1被关闭，三极管Q1关闭后电阻R1几乎没有电流流过，此时三极管Q1的发射级电压跟Q1的基级电压近似相等，三极管Q1一直处于被关闭状态。又因为电阻R2，电阻R3的阻值比较大（上K级），且电阻R3远大于电阻R2，因此电路中电流主要三极管Q2 ，电阻R2流入到负载，且电流只有几毫安到十几毫安左右，对后级负载没有多大影响，从而保护后级电路，当故障负载或者非POC相机移除，直流电会经过电阻R4，电阻R5，电阻R2，电阻R3流入到地，此时由于电阻分压作用，会使得三极管Q1的基级电压被拉底，从而导致三极管Q1被导通，电路恢复到正常状态。
可以看出，上述电流检测控制电路主要利用三极管截止区和饱和区特性，使得三极管Q1和三极管Q2在这两个状态进行切换，从而控制整个电路工作在一个适当的电流范围内，电流的大小由电阻R1，电阻R2，电阻 R4，电阻R5的阻值和三极管Q1，三极管Q2的特性共同决定。
如图3所示为本发明一种实施方式的后端供电电路的电路示意图，其除了上述的电流检测控制电路，还给出了电源输入电路和电源视频叠加电路（第一叠加电路）的具体实施例。
具体的，电源输入电路由电感L2和电容C2组成，电感L2一端接24V电源和电容C2正极、另一端接电阻R1的一端、电阻R4的一端、三极管Q2的发射极（E2）；电容C2的负极连接地。
上述电路利用电感电容的频率频特性，电感L2对高频信号阻抗大，大电容C2对低频信号阻抗小，可滤除电路中的高频和低频信号分量。
电源视频叠加电路（第一叠加电路）用于将直流电源和视频信号叠加在一起，其包括电感L1、电容C1，二极管D1、二极管D2。电感L1一端分别接二极管D1的负极、三极管Q1的集电极（C1）、电阻R2的一端、电阻R5的一端；电感L1的另一端分别接二极管D1正极、电容C1的正极、二极管D2的负极、同轴线的一端。电容C1正极分别接电感L2一端、二极管D1的正极、二极管D2的负极，电容C1的负极分别接二极管D2的正极、二极管D3的负极、二极管D5的正极、视频处理电路的输入端。
当同轴线接入POC相机，且电路通入直流电源时，电感L1和二极管D1组成的滤波电路对直流电源呈现低阻抗（近似0阻抗），直流电源直接输出在同轴线上，而电容C1对直流电源呈现高阻抗，直流电无法通过电容C1加载到视频处理电路输入端。与此同时视频信号也会从同轴线上传输到电容C1正极、电感L2一端和二极管D1正极，由于视频信号属于交流信号，电容C1对视频信号呈现低阻抗，而电感L2和二极管D1组成的电路对视频信号呈现高阻抗，因此视频信号会被传输到视频处理电路输入端，而不会影响直流电源输入。此叠加电路可以很好的将直流电源和视频信号叠加在一起，从而互不影响。
上述电路中二极管D1主要作用是防止电感L1两端电压波动，维持电压的稳定性。当电感L1两端因外部因素（拔插模拟相机）突然使电感中的电流发生突变时，电感中的电流可通过二极管D1流入电感电流输入端。二极管D2的作用主要是保护电容C1，防止电容C1负极电容突变高于正极而烧坏电容。
另外，视频处理电路是指A/D转换电路，也称模数转换电路，其主要的作用就是将模拟视频信号量进行采集、量化、编码，转化为数字量后传给CPU进行处理。
另一方面，前端受电电路是指能够将光学图像转换为电子信号的一种电路。这里所述的前端受电电路有POC相机和非POC相机。前端受电电路的输入端连接同轴线的一端，同轴线的另一端连接后端供电电路。
本发明中上述的后端供电电路不仅可以根据采样电阻R1对整个电路进行电流检测，达到来识别POC相机和非POC相机的目的，而且还可以进行热插拔（Hot swapping 或Hot plugging）。所述的热插拔是指能够进行带电插拔，在不关闭整个系统电源的情况下可以进行插拔周边设备，从而增加了系统的可扩展性和稳定性，减少了系统的成本，方便系统做出故障分析。
如图4所示为本发明一种实施方式的前端受电电路的电路示意图，其包括电源视频叠加电路（第二叠加电路）、电源处理电路和DCDC降压电路。
电源视频叠加电路（第二叠加电路）用于将直流电源和视频信号叠加在一起，其具体电路为：电感L3的一端分别连接电阻R9的一端、二极管D12的负极、电阻R8的一端，电感L3的另一端分别连接点入R9的另一端、二极管D12的正极、电阻R10的一端、三极管Q3的集电极和三极管Q4的集电极；电阻R8的一端分别连接二极管D12的负极、电阻R9的一端，电感L3的一端、电阻R8的另一端连接电容C3正极、二极管D11的负极；电容C3的正极分别连接电阻R8的一端、二极管D11的负极，电容C3的负极分别连接二极管D11的正极、二极管D17的正极、二极管D13的负极，电阻R7的一端，模拟相机的视频输出口。
当同轴线接入后端供电电路时，电感L3，电阻R9和二极管D12组成的滤波电路对直流电源呈现低阻抗（近似0阻抗），直流电源直接输出到后级电源处理电路上，而电容C3对直流电源呈现高阻抗，直流电无法通过电容C3加载到模拟相机视频输出端。与此同时模拟相机的视频输出端会输出视频信号，由于视频信号属于交流信号，电容C3对视频信号呈现低阻抗，而电感L2和二极管D1组成的电路对视频信号呈现高阻抗，因此视频信号会被叠加在直流电源上，通过同轴线传输到后端后端供电电路上。此叠加电路可以很好的将直流电源和视频信号叠加在一起，从而互不影响。
所述的电源处理电路是指由电阻R10、电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5、三极管Q3及三极管Q4组成的共集电极电路（射极跟随器）。其中，R10一端分别连接三极管Q3的集电极、三极管Q4的集电极、二极管D12的正极、电感L3的一端、电阻R9的一端，电阻R10的另一端分别连接三极管Q3的基极，电容C4的正极、电容C5的正极。所述电容C5的负极连接地；电容C4的负极分别连接电阻R11的一端、电阻R12的一端、电感L5的一端；三极管Q5的发射极跟电阻R12的另一端连接，三极管Q5的基极分别跟电阻R11的另一端相连、跟三极管Q3的发射级相连。由于射极跟随器具有输出电压跟随输入电压特性，且具有电流放大作用，因此电源处理电路的输出电压近似等于输入电压，输出电流等于两个三极管放大倍数的乘积再乘以输入。
经过电源视频叠加电路之后，流入电源处理电路中的直流电源中视频信号已经被很大的削弱了，为了进一步减小直流电源中的视频信号对DCDC输入的影响，利用射极跟随器将叠加电路和DCDC电路进行隔离，因为电阻R10阻值很大，对于直流电源中残留的视频信号而言属于高阻抗。电容C4对于输出的直流电源中的低频信号来说呈现低阻抗，因此低频信号会通过电容C4，电容C5过滤掉。其中电容C5的另外一个作用就是减少输入电压的波动，维持三极管Q3的基极输入电压的稳定，从而保证了输出出电压的稳定。
最后，DCDC降压电路主要作用是将经过电源处理后的直流电源转转换为12V直流电源，给模拟相机供电。DCDC将压电路的输入端连接电感L5的一端，DC降压电路的输出端练级模拟相机的电源输入端；其中电感L5的作用是在进一步滤除直流电源中的交流信号，做到多重保护。
本发明主要是将直流电源和视频信号叠加在一起，通过一个同轴线来传递视频信号和直流电源，这样可以简约成本，给安装工程带来方便，提高效率。通过上述具体实施方式的说明，可以看出本发明具有如下优点：第一、能实时监控电路中电流的大小，以保护前后端电路系统的安全；第二、支持热插拔，使得系统的扩展性好，使用方便；第三，电路简单，成本低，电路主要使用一个采样电阻R1来实时监控电路中电流，且使用元器件较少，大大降低成本。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于同轴的后前端供受电电路，包括后端供电电路、前端受电电路以及连接后端供电电路与前端受电电路的同轴线，其特征在于：
所述的后端供电电路包括第一叠加电路、电流检测控制电路和电源输入电路，所述电流检测控制电路通过第一叠加电路耦接同轴线第一端和视频处理电路，并通过电源输入电路耦接电源；所述电流检测控制电路包括电阻R1-R5和三极管Q1、Q2，其中，三极管Q1的集电极耦接电阻R2、R5的一端，并与电源视频叠加电路耦接，三极管Q1的基极耦接电阻R2的另一端和电阻R3的一端，以及三极管Q2的集电极，三极管Q1的发射极耦接电阻R1的一端；电阻R1的另一端耦接三极管Q2的发射极和电阻R4的一端，并与电源输入电路耦接；三极管Q2的基极耦接电阻R4、R5的另一端；电阻R3的另一端接地。
2.如权利要求1所述的基于同轴的后前端供受电电路，其特征在于：所述第一叠加电路包括电感L1、电解电容C1及二极管D1-D8；其中，电感L1的一端耦接二极管D1的负极，并与电流检测控制电路中三极管Q1的集电极耦接，电感L1的另一端耦接同轴线第一端、电解电容C1的正极、二极管D1的正极和二极管D2的负极；电解电容C1的负极耦接视频处理电路，以及二极管D2、D5的正极和二极管D3的负极；二极管D3的正极耦接二极管D8的负极，二极管D4的正极耦接二极管D5的负极，二极管D4的负极耦接二极管D6的正极，二极管D6的负极耦接二极管D7的正极，二极管D7的负极和二极管D8的正极接地。
3.如权利要求1所述的基于同轴的后前端供受电电路，其特征在于：所述电源输入电路包括电感L2和电解电容C2,；其中，电感L2的一端耦接电流检测控制电路中电阻R1的一端，另一端耦接电源VCC和电解电容C2的正极，电解电容C2的负极接地。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于同轴的后前端供受电电路，其特征在于：所述的前端受电电路包括第二叠加电路、电源处理电路和DCDC降压电路，所述电源处理电路的第一端通过第二叠加电路耦接同轴线第二端和模拟相机视频信号输出端，第二端耦接DCDC降压电路的输入端；所述电源处理电路包括电阻R10-R12、电感L5、电解电容C4、C5和三极管Q3、Q4，其中，电阻R10的一端耦接三极管Q3、Q4的集电极，并与第二叠加电路耦接，电阻R10的另一端耦接三极管Q3的基极，以及电解电容C4、C5的正极；三极管Q3的发射极耦接三极管Q4的基极和电阻R11的一端，三极管Q4的发射极耦接电阻R12的一端；电阻R11的另一端耦接电解电容C4的负极、电阻R12的另一端和电感L5的一端，电感L5的另一端耦接DCDC降压电路，电解电容C5的负极接地。
5.如权利要求4所述的基于同轴的后前端供受电电路，其特征在于：所述第二叠加电路包括电感L3、电阻R8、R9、电解电容C3和二极管D11-D18；其中，电感L3的一端耦接电阻R9的一端和二极管D12的正极，并与所述电源处理电路中的电阻R10耦接，电感L3的另一端耦接电阻R9的另一端、二极管D12的负极，以及电阻R8的一端和同轴线第二端；电阻R8的另一端耦接电解电容C3的正极和二极管D11的负极；电解电容C3的负极耦接模拟相机视频信号输出端，以及二极管D11、D17的正极和二极管D13的负极；二极管D17的负极耦接D18的正极，二极管D18的负极耦接D15的正极，二极管D15的负极耦接D16的正极，二极管D13的正极耦接D14的负极，二极管D14的正极和二极管D16的负极接地。
6.如权利要求5所述的基于同轴的后前端供受电电路，其特征在于：所述DCDC降压电路的输出端输出12V电源，用于给模拟相机供电。
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