Concevoir une protection, un contrôle et une détection robustes pour les systèmes de sécurité domestique intelligents

Cet article examine les composants critiques de protection, contrôle et détection essentiels pour des caméras de sécurité intelligentes filaires et sans fil fiables, ainsi que pour les caméras de sonnette filaires.

Les avancées rapides de l'IoT transforment la sécurité domestique. De nouvelles technologies de détection et protocoles sans fil — comme le Wi-Fi — permettent une large gamme de dispositifs qui surveillent et contrôlent tout, des systèmes d'accès aux appareils, l'éclairage et le divertissement. La Figure 1 montre comment l'IoT étend les capacités de la maison intelligente.

 

Figure 1. Les avantages de la technologie maison intelligente incluent le contrôle du divertissement, des appareils, des accès, de l'énergie et de la puissance ainsi que la sécurité.

 

Le marché des caméras de sécurité résidentielles se développe rapidement. Les expéditions unitaires devraient croître de 54 millions en 2018 à 120 millions d'ici 2023 — un TCAC impressionnant de 17 % (MarketsandMarkets, avril 2020). Cette croissance crée un terrain fertile pour des produits innovants offrant une fiabilité plus élevée et une protection avancée.

La fiabilité équivaut à la sécurité

Pour conquérir des parts de marché, les produits de sécurité maison intelligente doivent offrir une fiabilité exceptionnelle. Alors que la concurrence s'intensifie et que la différenciation produit se réduit, les consommateurs jugent de plus en plus la qualité par la robustesse face aux surcharges, transitoires et ESD. Les recommandations suivantes aident les concepteurs à sélectionner des composants qui protègent et contrôlent les circuits clés des caméras filaires et sans fil, et des caméras de sonnette filaires.

• Caméras de sécurité filaires et sans fil
• Caméras de sonnette filaires

Caméras de sécurité filaires

Les caméras de sécurité filaires sont généralement des systèmes à montage fixe qui surveillent des zones extérieures ou intérieures. Elles reçoivent l'alimentation secteur et sont donc vulnérables aux surcharges côté ligne, transitoires et décharges électrostatiques (ESD). La Figure 2 représente une caméra filaire typique et les composants de protection principaux.

Les concepteurs devraient protéger le circuit de la caméra contre ces dangers. La Figure 3 présente un diagramme de blocs intégrant les composants de protection et de contrôle recommandés pour une caméra filaire robuste.

 

Figure 2. Exemple de caméra de sécurité filaire et composants de protection et contrôle recommandés

 

Figure 3. Diagramme de blocs de caméra de sécurité filaire montrant les circuits et leurs composants de protection et contrôle recommandés.

 

Adaptateur d'alimentation

L'adaptateur d'alimentation fait le pont entre le secteur et le circuit interne de la caméra. Le protéger contre les surtensions et pics de tension est essentiel. Une solution typique inclut un fusible à action lente pour la protection contre les surcharges, un varistor à oxyde métallique (MOV) pour limiter les transitoires haute énergie, et une diode de suppression de tension transitoire (TVS) pour une suppression rapide de tension. La sélection des bons paramètres — comme la courbe temps-courant du fusible, la valeur énergétique du MOV et la tension de clampage TVS — assure que l'adaptateur peut tolérer les coups de foudre, surtensions côté ligne et ESD sans déclenchements intempestifs.

Conseils de sélection clés :

• Choisissez un fusible à action lente pour éviter le déclenchement par l'appel de courant d'alimentation, mais assez rapide (en quelques secondes) pour bloquer les surcharges continues.
• Vérifiez que la tension nominale du fusible dépasse la tension de ligne maximale, et que sa capacité de coupure peut gérer le surcourant pire cas sans dommage.
• Utilisez des composants certifiés UL/IEC pour rationaliser la conformité.
• Placez le MOV aussi près que possible de l'entrée secteur ; une tenue à 10 kA et énergie d'impulsion 500 J est typique pour la protection foudre.
• Sélectionnez une diode TVS avec une tension de clampage aussi basse que 10 V pour une protection maximale de l'électronique en aval.

 

Étage d'entrée DC

L'étage d'entrée DC alimente la carte de contrôle, l'entraînement moteur et l'interface capteur d'image. Protégez cet étage avec soit un fusible conventionnel, soit un fusible polymère à coefficient de température positif réarmable (PPTC), tous deux disponibles en boîtiers CMS compacts. Une diode TVS CMS peut fournir une protection transitoire avec jusqu'à 5 kW de puissance de crête tout en consommant un minimum d'espace sur le circuit.

 

Carte de contrôle

La carte de contrôle abrite le MCU, la mémoire vidéo et l'interface Power-over-Ethernet (PoE). Deux sous-systèmes — l'interface filaire et le module mémoire — nécessitent une protection dédiée :

• Interface filaire : Utilisez un fusible conventionnel ou réarmable pour la surcharge de courant et une diode TVS pour l'ESD et transitoires haute tension. La Figure 4 montre un réseau de diodes bidirectionnel avec une tenue ESD 30 kV et capacité 1 pF/port.
• Module mémoire : Protégez la carte SD avec une diode TVS capable de supporter 30 kV ESD tout en maintenant la fuite sous 1 µA.

 

Figure 4. Réseau de diodes TVS conçu pour la protection ESD de multiples ports E/S

 

Entraînement moteur

Les moteurs pan-and-tilt doivent être contrôlés proprement pour éviter bruit et transitoires. Un commutateur à semi-conducteurs à isolation optique — de préférence avec passage par zéro et limitation de courant — fournit un fonctionnement sans rebond et protège contre les conditions de moteur bloqué.

Caméras de sécurité sans fil

Les caméras sans fil sont des unités compactes, facilement déployables qui surveillent les espaces intérieurs. La Figure 5 présente une caméra sans fil typique, tandis que la Figure 6 montre son diagramme de blocs et les composants de protection recommandés.

 

Figure 5. Exemple de caméra de sécurité sans fil avec composants de protection recommandés

 

Figure 6. Diagramme de blocs d'une caméra de sécurité sans fil et composants de protection et détection recommandés

 

Adaptateur

L'adaptateur USB alimente la caméra sans fil et doit être protégé contre les surintensités et transitoires de tension, tout comme l'adaptateur d'une caméra filaire. Intégrez un fusible, MOV et diode TVS. Si la conception utilise USB Type-C, incluez un élément de détection thermique qui détecte les conditions de court-circuit et se réarme automatiquement quand la température normalise.

 

Pack batterie

Les packs batterie devraient surveiller les surintensités pouvant résulter d'une défaillance cellulaire. Un fusible PPTC réarmable (déclenchant en moins d'une seconde à 200 % de surcharge) protège contre les dommages en cascade. Pour la protection ESD, des MOV multicouches à faible tension de clampage — disponibles en boîtiers 0402 — offrent un blindage compact et robuste. Quand USB Type-C est utilisé, un capteur thermique identique à celui de l'adaptateur protège la prise USB.

 

Carte de contrôle

La carte de contrôle de la caméra sans fil nécessite aussi une protection robuste. Une diode TVS Zener 30 kV avec fuite sous 0,5 µA et empreinte CMS 0201 fournit une suppression ESD fiable.

 

Interface sans fil

L'interface sans fil est exposée au contact humain et à l'ESD ambiant. Un suppresseur ESD polymère peut gérer 15 kV par air et 8 kV par contact humain, avec une capacité sous 0,2 pF qui préserve l'intégrité du signal.

Caméras de sonnette

Les caméras de sonnette filaires sont de plus en plus populaires pour la surveillance à distance des visiteurs. La Figure 7 montre une unité exemple, et la Figure 8 présente son diagramme de blocs avec les composants de protection et contrôle recommandés.

 

Figure 7. Exemple de caméra de sonnette filaire et solutions de protection et contrôle recommandées

 

Figure 8. Diagramme de blocs d'une caméra de sonnette filaire avec les composants de protection et contrôle recommandés

 

Unité d'alimentation

Comme les autres alimentations, l'unité de la sonnette devrait incorporer un fusible pour la protection contre les surcharges et une diode TVS capable d'absorber jusqu'à 4 kW de puissance transitoire. Un relais à semi-conducteurs à isolation optique peut isoler davantage les circuits en aval du bruit côté ligne.

 

Pack batterie

Le pack batterie de secours pour la carte de contrôle et l'interface utilisateur bénéficie de la même protection contre les surintensités et transitoires utilisée dans les caméras sans fil. Ajoutez une diode TVS et, si applicable, un élément de détection thermique pour la conformité USB Type-C.

 

Interface utilisateur

L'interaction humaine introduit un risque ESD. Protégez l'UI avec une diode TVS. Pour les marchés européens, un relais à semi-conducteurs peut séparer la sonnette de la caméra pour répondre aux réglementations de confidentialité et éliminer le rebond mécanique et les EMI.

 

Carte de contrôle et interface sans fil

Ces sous-systèmes dans la caméra de sonnette reflètent ceux de la caméra sans fil ; les mêmes composants de protection s'appliquent.

La pandémie COVID-19 influence la conception des caméras de sécurité

Les fabricants intègrent maintenant la détection thermique infrarouge pour surveiller discrètement la température des visiteurs — une fonctionnalité susceptible de devenir standard dans les futurs systèmes de sécurité domestique intelligents. Une protection de circuit robuste est encore plus critique alors que ces caméras adoptent de nouvelles fonctions de santé-sécurité.

 

Figure 9. Les caméras de sécurité ajoutent le scan thermique pour surveiller la température corporelle post COVID-19

Normes applicables pour les caméras de sécurité domestiques

La conformité avec CEI 62368-1 (équipement audio/vidéo/communication) et CEI 62311-2 (sécurité cellules lithium) est obligatoire. Le non-respect de ces normes peut mener à des reconceptions coûteuses, certifications retardées et dépenses de projet accrues.

 

Tableau 1. Normes de sécurité pour produits avec caméras de surveillance

 

Valeur de la protection

Intégrer les composants de protection et détection tôt dans le cycle de conception — et s'aligner sur les normes — permet un développement rentable de systèmes de sécurité domestique intelligents fiables. Bien que les coûts de composants varient, un investissement initial plus élevé dans une protection robuste réduit souvent le coût total de possession et accélère la mise sur le marché. Exploitez l'expertise technique de fournisseurs de composants réputés ; ce partenariat fait gagner du temps et atténue les risques.

La fiabilité et l'efficacité construisent la réputation d'une marque, menant à une part de marché, des revenus et une rentabilité accrus.

Pour un aperçu plus approfondi de la sélection de composants, consultez le Guide de sélection de protection de circuit et le Guide de sélection de produits de détection de Littelfuse.

 

Références

1. Video Surveillance Market by System. MarketsandMarkets. Avril 2020.
2. Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification. Revision 2.0. Août 2019. USB Implementers Forum (USB-IF), Inc.
3. Digital Temperature Indicators for USB Type-C cables Design and Installation Guide. Littelfuse Application Guide. Avril 2019.

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