Evitando queda de tensão CC em longas distâncias

Estou tentando ligar minha câmera IP a uma longa distância da tomada (cerca de 10m). O adaptador de energia incluído, classificado para 5V 2A, tem cerca de 1,5 m de comprimento.

Cortei o cabo e o estendi usando um fio mais grosso (para evitar queda de tensão), mas apesar disso a tensão cai para cerca de 4,5V no final. A câmera liga, mas fazer qualquer movimento de PTZ na câmera faz com que ela seja reiniciada.

Alguma solução além de comprar um novo adaptador? E se eu comprar um novo adaptador, qual é a regra geral para tensão cair em x metro de fio ao fornecer baixa tensão CC?

Se você cortar o fio perto do adaptador e estendê-lo de 1,5 ma 10 m, poderá usar um fio que tenha 7 vezes a área da seção transversal e ele se comportará de maneira semelhante a 1,5 m de fio.

Isso significa que o diâmetro do cobre (sem isolamento) deve ser vezes o diâmetro.$\sqrt{7} = 2.6$

Uma câmera IP que tenho na minha mesa aqui tem um adaptador de 5V / 2A e usa fio AWG20 (marcado no fio). Verifique seu fio para ver se ele possui marcações semelhantes e use-as em vez das que eu me referi.

Se você observar a tabela acima, o AWG20 tem uma área de seção transversal de 0,52 mm, portanto, o fio AWG10 com uma área de seção transversal de 2,588 mm deve fazê-lo (AWG 12, o próximo tamanho comum mais fino, é um pouco claro demais).

Se você estiver em um país que usa mm em vez de AWG, pode usar o diâmetro mm de 2,1 diretamente. Você pode usar algo como o fio do alto-falante - por exemplo, o Belden 5T00UP tem cerca de 9 mm de diâmetro externo

Esse é um fio bastante gordo. Se não funcionar, será necessário considerar o uso de uma tensão mais alta e a colocação de um regulador na extremidade do cabo. Um adaptador simples por si só não fará isso, a menos que você tenha fio de gordura.

Por exemplo, você pode usar um adaptador de 12VDC na extremidade oposta e um regulador de comutação baseado em LM2576 para reduzi-lo para 5,0V. Observe que, se o regulador falhar, a câmera provavelmente será destruída. Você poderá encontrar um módulo com base nesse regulador no eBay etc.

Use um cabo de extensão para obter a CA na distância necessária e, em seguida, use o adaptador de energia.

Duas soluções possíveis:

(1) PODE trabalhar para você: Adicione um supercapacitor com capacidade de 5.4V na extremidade da câmera.
Pode ser 2 x 2,7V caps em série, idealmente com balanceamento ou 1 voltagem nominal mais alta (rara).

Isso carregará até 5V ao longo do tempo e depois lidará com os surtos da câmera. Com o uso prolongado, ele cairá, mas ainda será muito melhor em surtos e picos.

Quanto mais capacitância, melhor.

Aqui está um exemplo 5.4V. 5F cap.
A VHS é de 0,067 Ohm, sugerindo pelo menos 10 ampères de corrente de descarga.

Em estoque Digikey $ US15.30 1's.
Folha de dados - Bussman, 5.4V, 5F

5F cairá 1V em 5 segundos no dreno 1A
ou 1V em 1 segundo no dreno 5A.
O que significa que surtos de alguns amperes por fração de segundo (provavelmente) limitarão as flutuações para a ordem dos décimos de um Volt.
Quão bem isso funciona para você é o TBD.

Você pode usar 2 supercaps de 2,7V em série.
A capacitância líquida teria metade do valor de 1 limite para dois limites iguais usados. por exemplo, 2 x 2,7V, 100 uF em série = 5,4V, equivalente a 50F. Aqui está uma tabela de
supercaps Digikey, em estoque, com preço em 1 quantidade e em ordem de capacitância descendente
Como um guia:
5000F $ 208!
1200F $ 49
100F $ 10
10F $ 3

Aqui está uma
tabela de comparação de características das supercaps Maxwell 2.7V fom 1F a 3000F

(2) 4 x pilhas NimH AA ficarão felizes com a sua tensão de estado estacionário após um tempo e fornecerão uma capacidade de pico de talvez 5A-10A. 4.5V / 4 = 1.125V. Um NimH seria melhor se a tensão de estado estacionário fosse mais alta, mas pode estar bem nessa tensão.

Conhecer o desenho real da sua câmera em vários estados nos ajudaria a dar melhores respostas.
Qual é a tensão no adaptador sob carga?
Não deve ceder muito, mas pode.

Você disse isso

A câmera liga, mas fazer qualquer movimento de PTZ na câmera faz com que ela seja reiniciada.

Muitas das outras respostas estão dizendo como parar a queda de tensão média. Ou seja, eles estão dizendo como você pode usar um fio grosso o suficiente para fornecer mais energia à câmera continuamente . Eu acho que isso é um exagero, porque os movimentos PTZ são todos motores e os motores usam muita corrente por um período muito curto quando são iniciados. Portanto, pode ser que você não precise de fios mais grossos, apenas de alguma energia armazenada na extremidade da câmera do cabo para ajudar com essa irrupção.

Russell fala sobre o uso de baterias ou supercaps para resolver esse problema. Essa é uma boa abordagem, mas acho que seria uma boa ideia tentar ver a quantidade de irrupção existente antes de decidir sobre uma solução específica - se você conseguir observar a tensão (na extremidade da câmera do cabo) em um osciloscópio isso seria ideal. Um simples capacitor eletrolítico de alumínio barato ou 2 pode ser tudo o que você precisa.

Compre um adaptador de 12-24V e um módulo regulador de comutação de 5V. Alimente a tensão mais alta na linha e regule-a no final da câmera. Isso fará com que ele consuma menos corrente na linha, reduzindo a perda de tensão (e, portanto, energia) ao longo da linha.

E se eu comprar um novo adaptador, qual é a regra geral para tensão cair em x metro de fio ao fornecer baixa tensão CC?

Bem, a queda de tensão depende do consumo atual e da resistência do fio de extensão.

Por exemplo, se os motores PTZ consumirem 1 Ae sua resistência do fio for 1 ohm, pela lei de ohm, você obterá uma queda de tensão de 1 Ax1 ohm= 1 volt. Se a câmera precisar de 4,5 volts para funcionar, definitivamente sua câmera será reiniciada.

Se você não puder alterar sua carga (como neste caso), a solução é usar um fio ainda mais grosso para diminuir a resistência de sua extensão. Por exemplo, com um ohmfio de 0,3, você obteria apenas uma queda de 0,3v e a câmera ainda funcionaria.

Edit: Espero que um fio mais grosso se encaixe dentro da tubulação.

Minha recomendação seria usar algum tipo de conversor DC-DC na alimentação e um conversor abaixador na pia. Quanto maior a tensão no fio, menores são as perdas relativas por distância. Construir e projetar conversores DC-DC eficientes sozinho é uma tarefa complicada para especialistas, eu recomendaria a qualquer novato e a todos que desejam comprar rapidamente os pré-construídos.

Você não acha que eu teria feito isso se fosse possível? O ambiente não permite uma extensão de A / C, pois a fiação completa está dentro de uma tubulação. -

@ navigator Você só precisa de um cabo de extensão com um plugue que possa ser desmontado, então passar o fio pelo cano não deve ser um problema. - eBusiness 19 horas atrás

@eBusiness, sim, essa teria sido a solução óbvia. No entanto, neste caso, a câmera está localizada no alto, em um local onde pendurar um ponto A / C de extensão não é viável nem elegante.

Seu pensamento é muito restrito. A CA é a melhor maneira de transmitir energia a longas distâncias, que foi estabelecida durante a Guerra das Correntes no século XIX.

Mas "passar CA para a câmera" não precisa significar um cabo de Home Depot com uma tomada duplex e uma verruga de parede no final. Tudo que você precisa é de alguns transformadores. O primeiro deve ser de cerca de 30-40V, o segundo dessa tensão para 12v. Em seguida, US $ 5 em componentes para produzir 5VDC. Você não deve ter problemas para colocar a maioria dos componentes dentro de um tubo pequeno; o transformador pode ser um pouco volumoso.

Assim que você cai abaixo de cerca de 60v, o código elétrico deixa de ser aplicado. Você precisará de um gabinete adequado ao redor do primeiro transformador, mas depois disso não precisará de métodos de construção específicos, apenas razoáveis.

A maneira como isso normalmente é feito é usar uma fonte de alimentação de 4 fios que possua fios de sentido e força.

2 fios mais grossos (força) fornecem a corrente e 2 fios mais finos apenas detectam / medem a tensão (sem corrente) na extremidade da câmera. A fonte de alimentação então regula para fornecer os 5V na extremidade alvo, compensando automaticamente a queda de tensão ao longo dos cabos (obviamente, precisa ser espessa o suficiente para fornecer sensivelmente a corrente dentro da faixa de regulação da PSU)

Com base no inimigo Das sugestões da State Machine e do Paul , aqui está o que eu acho que seria a solução mais simples:

1. Compre uma verruga barata de 12 volts capaz de fornecer pelo menos 1A ou mais. (Você já pode ter um por aí, nesse caso, você pode pular esta etapa.)

2. Compre também um pequeno conversor step-down de 12 VCD para 5 VCD, como este ou este . Geralmente, eles são vendidos para uso automotivo; portanto, você poderá encontrar um barato em muitas lojas; os links da Amazon são principalmente para fins ilustrativos:

   

3. Se necessário, corte e substitua o cabo da verruga de 12 V e passe-o até a câmera. Conecte sua câmera ao cabo através do conversor abaixador.

Vamos fazer as contas para confirmar que isso funcionará: sua câmera usa 2 A a 5 V, para um total de 10 W, e seu fio parece ter uma resistência de cerca de 0,5 V / 2 A = 0,25 Ω. Assumindo uma eficiência de conversão de 95%, o conversor consumirá 10 W / 0,95 ≈ 10,5 W ou I = 10,5 W / (12 V - U ) amperes, onde U = 0,25 × I é a queda de tensão no fio. Substituindo a segunda equação pela primeira e resolvendo , obtemos U ≈ 0,89 A, que está bem dentro das capacidades de uma verruga de 1 A.

Também vemos que a queda de tensão no fio é de I ≈ 0,89 A × 0,25 ≈ 0,22 V, deixando 11,78 V para o conversor, com o qual ele deve lidar com precisão. (Os conversores de potência do carro são, necessariamente, robustos; o da figura deve medir entre 8 V e 23 V.) A potência dissipada sobre o fio será de 0,89 A × 0,22 V ≈ 0,2 W, ou, por 10 m fio, 0,02 W / m, o que também parece razoável.

Se você quiser, pode aumentar a tensão intermediária até 24 V ou 48 V para torná-la ainda mais eficiente, mas o interessante de 12 V é que é tão comumente usado, para que as peças sejam baratas e facilmente disponíveis, e é bastante suficiente aqui.

Power over Ethernet? Você mencionou que era uma câmera IP, portanto provavelmente suporta POE. Você pode usar um injetor POE se o seu switch não suportar POE. O POE é classificado para 100 metros, o mesmo comprimento que o cabo Ethernet.

Talvez não seja o método mais barato, mas estou usando uma câmera IP de 12v no final de um cabo Ethernet barato de 50m usando POE. Acabei de adicionar um divisor de POE ativo no final da corrida. Nenhum cabeamento sofisticado, apenas necessário para impermeabilizar o divisor. Funciona perfeitamente