专利名称：一种高清网络摄像机的电涌保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高清网络摄像机的电涌保护器，属于雷电科学与技术领域。
背景技术：
高清网络摄像机提供视频监控的信源，它将视频进行高清编码和IP (英文 Internet Protocol的缩写，中文名称为网络之间互连的协议)封装，通过IP网络来承载 高清图像，可实现高清监视、录像等功能。高清晰的图像对视频源、编码设备、传输交换设 备、解码显示设备、存储设备等系统配置都有相应的要求。在发送端，网络摄像机集成了图 像采集、视频压缩编码、通信控制和传输接口，视频数据通过IP网络输出。在图像采集部 分，CXD (英文Charge Coupled Device的缩写，中文名称为电荷耦合器件)和CMOS (英文 Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，中文名称为互补金属氧化物半导体) 两种传感器分别针对不同的需求而设计，CMOS在高像素方面有一定的优势，而CCD对监控 场景的适应性更佳。在视频压缩编码部分，不同的压缩算法和算法实现方案决定了高清图 像的质量和编码效率。在通信控制部分，网络的适应性、安全性、码流的封装格式和传输功 能，都取决于监控系统的规划和设计。在传输接口部分，采用网络接入方式。电源的供电部 分采用市电220V供电。高清网络摄像机内部的元器件集成度越来越高，功能越来越齐全，但是承受过电 压的能力却越来越弱。高清网络摄像机的安装位置，有的安装在建筑物的内部，有的安装在 建筑物外部的空旷地方，通过网络传输图像信号，通过输电线路给网络高清摄像机供电。由 雷电的静电感应和电磁感应的原理分析可知，当有雷云天气时，将在网络高清摄像机的通 信线路和供电线路上产生雷电过电压，通过线缆引入到网络高清摄像机中，造成设备的损 坏。高清网络摄像机的信号接口部分和电源接口部分一般都设计有雷电保护元件，如半导 体保护元器件。但由于受内部电路结构的限制，在其内部设计的保护电路存在着承受通流 能量小的缺点。当雷电过电压的幅值较小，雷电波的能量较小时，这些保护元件起到一定的 保护作用。当雷电压幅值较高，雷电波能量较大时，这些器件常常造成自身损坏、有时还会 造成设备的损坏。根据IEC62305的雷电风险评估，在设备的信号端口和电源端口安装SPD (英文 Surge protection Device的缩写，中文名称为电涌保护器)，一是将雷电能量释放到大地， 二是在信号端口间和设备的供电端口间实现箝位，将雷电过电压的幅值限制在设备能够承 受的耐压范围以内。
实用新型内容本实用新型提供了一种高清网络摄像机的电涌保护器，将雷电过电压的幅值限制 在网路摄像机能够承受的耐压范围以内，对高清网络摄像机起到了保护作用，保证了高清 网络摄像机的正常运行。本实用新型为解决其技术问题采用如下技术方案一种高清网络摄像机的电涌保护器，包括电源保护部分和和信号保护部分，电源 保护部分与信号保护部分通过PE线相连。[0011]所述的电源保护部分包括第一级纵向保护电路、退耦元件、第二级横向保护电路、 故障保护装置、故障显示装置，第一级纵向保护电路、退耦元件和第二级横向保护电路顺序 连接，故障保护装置和故障显示装置分别与第一级纵向保护电路连接。所述的信号保护部分由第一级纵向保护电路、隔离元件和第二级横向保护电路顺 序连接。所述的电源保护部分的电路包括三个氧化锌压敏电阻、三个温度保险丝、发光二 极管、普通二极管、电阻，两个电感，第一温度保险丝和第一氧化锌压敏电阻的串联电路连 接在正输入线L与中性线PE之间，第二氧化锌压敏电阻和第二温度保险丝的串联电路连接 在中性线PE与负输入线N之间，第三温度保险丝和第三氧化锌压敏电阻的串联电路连接在 正输入线L与负输入线N之间，第一电感串接在第一温度保险丝正输入端和第三温度保险 丝正输入端的正输入线L上，第二电感串接在第二温度保险丝负输入端和第三氧化锌压敏 电阻负输入端的负输入线N上，发光二极管、普通二极管和电阻的串联电路连接在第一温 度保险丝负输出端和第二氧化锌压敏电阻负输出端之间。所述的信号保护部分的电路包括两个气体放电管、四个电阻、两个无极性的固体 放电管、两个整流桥，第一气体放电管并联到双绞信号线1、2的两端，第二气体放电管并联 到双绞信号线3、6的两端，第一电阻串联到双绞线1中、第二电阻串联到双绞线2中、第三 电阻串联到双绞线3中、第四电阻串联到双绞线6中；第一整流桥的交流极性端分别接到双 绞线1、2两端，第一整流桥的正负极性端连接了第一无极性的固体放电管，第二整流桥的 交流极性端分别接到双绞线3、6两端，第二整流桥的正负极性端连接了第二无极性的固体 放电管。本实用新型的有益效果如下(1)在电源保护部分①安装方式采用串联安装方式，接线端子使用标准的接插件，安装方便。②线路的保护模式，有差模电压保护和共模电压保护两种。通流容量大，残压低， 两级之间采用电感隔离，降低了雷电波的电压。③线路中设有故障保护装置以及故障显示装置，能够直观地观察电涌保护器的工 作状态。(2)在信号保护部分①接线端子采用标准的RJ45接线端，串联安装在线路中，安装方便。②线路的保护模式分差模电压保护和共模电压保护。共模电压保护模式采用气体 放电管器件，具有通流大、残压低的优点。差模电压保护模式采用整流桥与固体放电管相配 合，具有分布电容小，残压低的优点。③两级之间采用电阻隔离的方式，对雷电波的能量有一定的损耗，提高了保护的 性能，进一步降低了电涌保护器输出端的残压。
图1为高清网络摄像机的电涌保护器的电路结构框图。图2为高清网络摄像机的电源保护部分的电路图。图3为高清网络摄像机的信号保护部分的电路图。图4为高清网络摄像机电涌保护器的器件安装总电路图。[0029]具体实施方式
以下结合附图对本发明创造做进一步详细说明。如图1所示，一种高清网络摄像机的电涌保护器，包括电源保护部分和和信号保 护部分，电源保护部分与信号保护部分通过PE线相连。所述的电源保护部分包括第一级纵 向保护电路、退耦元件、第二级横向保护电路、故障保护装置、故障显示装置，第一级纵向保 护电路、退耦元件和第二级横向保护电路顺序连接，故障保护装置和故障显示装置分别与 第一级纵向保护电路连接。所述的信号保护部分由第一级纵向保护电路、隔离元件和第二 级横向保护电路顺序连接。高清网络摄像机的电涌保护器的电源保护部分的电路图如图2所示，摄像机的供 电电源采用市电220V交流供电，RnURn2,Rn3为氧化锌压敏电阻，Rtl、Rt2、Rt3为温度保 险丝，LED为发光二极管、Dl为普通二极管、R5为电阻，Li、L2为电感。电路的工作原理 由第一氧化锌压敏电阻foil、第二氧化锌压敏电阻构成第一级雷电防护的电路，当线路 L、N线上有雷电过电压时，第一氧化锌压敏电阻foil、第二氧化锌压敏电阻动作将雷电 波的能量释放到大地，将L、N线上的雷电波的过电压限制在摄像机能够承受的过电压范围 以内，起到纵向保护的功能。第一氧化锌压敏电阻foil、第二氧化锌压敏电阻选用参考 电压为620V的氧化锌压敏电阻。当第一氧化锌压敏电阻foil长期在线路中承受市电220V 电压时会导致自身出现老化的现象，出现的漏电流将导致第一氧化锌压敏电阻foil温度升 高，严重时会有起火爆炸的危险。将第一温度保险丝Rtl与第一氧化锌压敏电阻foil串联 安装在一起，当出现上述现象时，第一温度保险丝Rtl由于第一氧化锌压敏电阻foil的温度 升高会自动熔断，使得第一氧化锌压敏电阻foil断开线路的电压以保证线路能够正常地工 作。当接线操作不当即L、N线接反时，第二温度保险丝Rt2的作用同第一温度保险丝Rtl。第一电感Ll和第二电感L2采用高导磁铁氧体磁环绕制，相对导磁率为2000左 右，电感量的值为IOuH左右。导线直径为1.5mm。电感的作用是，当线路L、N有雷电波传 输时起到降低雷电波陡度的作用，可使电感后面线路上的过电压降低，起到隔离缓冲的作 用。电感Ll及电感L2与氧化锌压敏电阻foil、Rn2及组合使用时，将第三氧化锌压敏 电阻与第三温度保险丝Rt3串联后并联在L与N两线之间构成二级保护电路。当线路 中有雷电过电压引起第一氧化锌压敏电阻foil、第二氧化锌压敏电阻动作时，由于第一 氧化锌压敏电阻foil、第二氧化锌压敏电阻器件参数的不一致性，这时可能在L、N间出 现较高的瞬间电位差，此时氧化锌压敏电阻的作用就是抑制这个较高的瞬间电位差， 起到横向保护的功能。第三温度保险丝Rt3的作用同第一温度保险丝Rtl及第二温度保险 丝 Rt2。在电源保护部分第一温度保险丝Rtl、第一氧化锌压敏电阻foil、第二温度保险 丝Rt2、第二氧化锌压敏电阻组成了第一级纵向保护；发光二极管LED、普通二极管D1、 电阻R5组成了故障显示装置；第一温度保险丝Rtl和第二温度保险丝Rt2组成了故障保护 装置；电感Ll和电感L2组成了退耦元件；第三温度保险丝Rt3与第三氧化锌压敏电阻 组成了第二级横向保护。第一温度保险丝Rtl与第一氧化锌压敏电阻foil串联后并联在L 与PE之间，第二氧化锌压敏电阻与第二温度保险丝Rt2串联后并联在PE与N之间。发 光二极管LED、普通二极管D1、电阻R5串联后连接到第一温度保险丝Rtl的下端和第二温 度保险丝Rt2的上端。电感Ll串联到L线中，电感L2串联到N线中。第三温度保险丝Rt3与第三氧化锌压敏电阻I n3串联后并联到L与N之间。高清网络摄像机的电涌保护器的信号保护部分的电路图如图3所示，工作原理 接线方式按照RJ45标准接口定义，将RJ45接线端子编号的1、2及3、6分别作为收发两组信 号，采用2对双绞线传输。电路中G1、G2为气体放电管，直流放电电压为230V，最大通流容 量10kA，标称放电电流为5kA，它的主要作用是线路中有雷电过电压时起到释放雷电流能 量的作用。附、1 2、1 3、1 4为隔离电阻，大小为2.2欧姆，在电路中起到缓冲隔离的作用，当 有雷电流流过时，缓冲电路后面的保护器件，且对雷电波的能量有一定的吸收功能。B1、B2 为整流桥，U1、U2为固体放电管，B1、B2、U1、U2构成线间箝位电路，主要功能是使线间的电 压箝制在摄像机信号端口能够承受的电压范围以内，起到横向保护的功能，其次整流桥Bl、 B2构成的电路起到减小固体放电管U1、U2分布电容的作用，减小信号传输过程中的损耗。 这种电路结构的设计具有对雷电波能量释放以及箝位的功能，还具有对传输信号衰减小的 特点。在信号保护部分气体放电管Gl、G2组成了第一级纵向保护；电阻Rl、R2、R3、R4 组成隔离元件；第一无极性的固体放电管U1、第一整流桥Bi、第二无极性的固体放电管U2、 第二整流桥B2组成了第二级横向保护。第一气体放电管Gl并联到双绞信号线1、2的两端， 第二气体放电管G2并联到3、6双绞信号线的两端。第一电阻Rl串联到双绞线1中、第二电 阻R2串联到双绞线2中、第三电阻R3串联到双绞线3中、第四电阻R4串联到双绞线6中； 第一整流桥Bl的交流极性端分别接到双绞线1、2两端，第一整流桥Bl的正负极性端连接 了第一无极性的固体放电管Ul ；第二整流桥B2的的交流极性端分别接到双绞线3、6两端， 第二整流桥B2的正负极性端连接了第二无极性的固体放电管U2。网络摄像机电涌保护器的器件安装总电路图如图4所示，在元件的布局中，电源 部分和信号部分的设计分为两个部分，这样可以减少市电电源对信号电路的干扰，接线端 子采用标准接插件(间距为5. 08mm)和标准的RJ45接口端子。电源部分和信号部分通过PE 线进行连接。图中LED、R5 (大小为20千欧姆)、Dl组成故障显示装置，当电路中正常工作 时，LED灯一直点亮；当电路中foil由于漏电流而老化并且温度升高时将导致Rtl温度保险 丝(作为故障保护装置)熔断，此时LED灯将熄灭，提示电路出现了故障，除此之外，LED灯还 能指示电路中L、N线是否接反，如果接反时灯将无法点亮。
权利要求1.一种高清网络摄像机的电涌保护器，其特征在于包括电源保护部分和和信号保护 部分，电源保护部分与信号保护部分通过PE线相连。
2.根据权利要求1所述的一种高清网络摄像机的电涌保护器，其特征在于所述的电源 保护部分包括第一级纵向保护电路、退耦元件、第二级横向保护电路、故障保护装置、故障 显示装置，第一级纵向保护电路、退耦元件和第二级横向保护电路顺序连接，故障保护装置 和故障显示装置分别与第一级纵向保护电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种高清网络摄像机的电涌保护器，其特征在于所述的信号 保护部分由第一级纵向保护电路、隔离元件和第二级横向保护电路顺序连接。
4.根据权利要求2所述的一种高清网络摄像机的电涌保护器，其特征在于所述的电 源保护部分的电路包括三个氧化锌压敏电阻(foil、Rn2, foi3)、三个温度保险丝(Rtl、Rt2、 Rt3)、发光二极管LED、普通二极管D1、电阻R5，两个电感(L1、L2)，第一温度保险丝(Rtl)和 第一氧化锌压敏电阻(foil)的串联电路连接在正输入线L与中性线PE之间，第二氧化锌压 敏电阻αη2)和第二温度保险丝(Rt2)的串联电路连接在中性线PE与负输入线N之间，第 三温度保险丝(Rt3)和第三氧化锌压敏电阻αη3)的串联电路连接在正输入线L与负输入 线N之间，第一电感(Li)串接在第一温度保险丝(Rtl)正输入端和第三温度保险丝(Rt3) 正输入端的正输入线L上，第二电感(L2)串接在第二温度保险丝(Rt2)负输入端和第三氧 化锌压敏电阻αη3)负输入端的负输入线N上，发光二极管LED、普通二极管Dl和电阻R5 的串联电路连接在第一温度保险丝(Rtl)负输出端和第二氧化锌压敏电阻αη2)负输出端 之间。
5.根据权利要求1所述的一种高清网络摄像机的电涌保护器，其特征在于所述的信号 保护部分的电路包括两个气体放电管(Gl、G2)、四个电阻(Rl、R2、R3、R4)、两个无极性的固 体放电管(U1、U2)、两个整流桥(Β1、Β2)，第一气体放电管(Gl)并联到双绞信号线1、2的两 端，第二气体放电管(G2)并联到双绞信号线3、6的两端，第一电阻(Rl)串联到双绞线1中、 第二电阻(R2)串联到双绞线2中、第三电阻(R3)串联到双绞线3中、第四电阻(R4)串联到 双绞线6中；第一整流桥(Bi)的交流极性端分别接到双绞线1、2两端，第一整流桥(Bi)的 正负极性端连接了第一无极性的固体放电管(U1)，第二整流桥(Β2)的交流极性端分别接 到双绞线3、6两端，第二整流桥(Β2)的正负极性端连接了第二无极性的固体放电管(U2)。
专利摘要本实用新型涉及一种高清网络摄像机的电涌保护器，属于雷电科学与技术领域。该电涌保护器由电源保护部分与信号保护部分通过PE线相连，电源保护部分包括第一级纵向保护电路、退耦元件、第二级横向保护电路、故障保护装置、故障显示装置，信号保护部分包括第一级纵向保护电路、隔离元件和第二级横向保护电路。该电涌保护器可以将雷电过电压的幅值限制在网路摄像机能够承受的耐压范围以内，对高清网络摄像机起到了保护作用，保证了高清网络摄像机的正常运行。
文档编号H02H9/04GK201846071SQ20102061144
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者李祥超, 王金虎 申请人:南京信息工程大学