虛擬遠端采樣控制器惠及視頻安保

背景

即使在恐怖主義威脅引起世人高度關(guān)注之前，許多公共和私有機構也已開(kāi)始在重要的基礎設施中安裝視頻安保系統。視頻安保提供了改善態(tài)勢感知、防止惡意破壞、偷盜或其他犯罪、加快反應和管理決策速度以及提高全體人員和公共安全所必需的視覺(jué)圖像。從機場(chǎng)到橋梁、從煉油廠(chǎng)到輸油/輸氣管道、從港口到高速公路等等，將視頻安保設備納入其準備計劃之中無(wú)不使它們獲益良多。

對視頻安保系統安裝要求最為嚴苛的是賭場(chǎng)，在這里，必須對各種戲法花招和快捷無(wú)比的動(dòng)作進(jìn)行捕捉、檢查和歸檔，以滿(mǎn)足嚴格的管理條例。有策略性地安放“天眼”攝像機可為安保人員的實(shí)體設備資源提供某種補充,從而幫助他們以一種及時(shí)和有效的方式來(lái)更好地疏導管理?yè)頂D的人群和合理地部署人員。賭博區域的高質(zhì)量視頻影像為安保專(zhuān)業(yè)人員提供了用于防止作弊和捉獲“出千者”所需的詳細信息。另外，監控攝像機還有助于制止犯罪，并在有關(guān)當局的調查過(guò)程中為其鑒別罪犯提供一定的幫助。

視頻監控系統在零售商店中發(fā)揮著(zhù)積極的作用，它可作為一種針對潛在犯罪行為的可視化防范措施，并為經(jīng)營(yíng)者和安保專(zhuān)業(yè)人員提供了用于處理責任索賠、員工偷盜或其他管理問(wèn)題的工具。因此，當犯罪者在視頻上被抓現行時(shí)，商店行竊和員工偷盜的處理就可以更加容易。此外，借助視頻錄像，諸如顧客滑倒、跌倒和責任索賠等事件的了解和處置也會(huì )更加準確。

在現今矯正機構 (如監獄、管教所等) 的管理當中，必須例行處置的問(wèn)題非常之多，走私、暴力、囚犯和警員安全等只是其中的一小部分。因此，在維持秩序和確保安全的工作環(huán)境方面，視頻安保系統起到了前所未有的重要作用。這些系統對偏僻場(chǎng)所提供了全天候 (每周 7 天、每天 24 小時(shí)) 的監視。所以，某些監控攝像機需要安裝在距離基地控制系統或可用電源插座達幾百英尺以外的地方。

隨著(zhù)保健機構規模的日益擴大并開(kāi)始提供晝夜不停的護理服務(wù)，面對各種各樣的安全風(fēng)險，它們變得更加容易遭受攻擊。雖然行業(yè)指導準則在其“護理環(huán)境”標準中對不斷提高安全防范水平提出了強制性的要求，但是，在選擇合適的工具以滿(mǎn)足其保護患者、訪(fǎng)客、員工和知識產(chǎn)權 (IP) 的需要方面，擁有決策權的責任者卻是各家醫院和保健機構。

監控攝像機的部署

在某些場(chǎng)所，為了獲得完整的監控覆蓋范圍也許需要安裝 200 到 300 部攝像機。這些攝像機距離基地控制系統或 AC 插座有可能達 1000 英尺之遙。每部攝像機都需要其自有的工作電源，一般為 24V DC (功耗約 20W)，除非它被安裝在開(kāi)放的環(huán)境中，此時(shí)它將經(jīng)受各種自然力的作用，而且需要進(jìn)行加熱以防止結冰。在這種場(chǎng)合中，其功率需求會(huì )接近 70W。

因此，系統集成商必需請電工在靠近攝像機的地方安裝一個(gè) AC 插座盒，或者通過(guò)一根很長(cháng)的電線(xiàn)來(lái)給攝像機供電。采用長(cháng)電線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)很大的電壓降，從而導致相當大的負載調節誤差。當負載電流增大時(shí)，配線(xiàn)中的電壓降將增加 (由于線(xiàn)路阻抗的原因)，而輸送至負載的電壓將下降。系統集成商慣常的做法是增加線(xiàn)徑 (從 22 AWG 改為 16 AWG) 以維持穩壓，即使這些不同線(xiàn)徑電線(xiàn)的成本差異可能高達 250 美元 (當連線(xiàn)長(cháng)度為 1000 米時(shí)) 也別無(wú)選擇。

另一方面，解決上述問(wèn)題的傳統方法是利用一對連接在穩壓器的反饋網(wǎng)絡(luò )和負載之間檢測導線(xiàn)來(lái)檢測輸出電壓。盡管這種方法效果不錯，但額外的低規格導線(xiàn)對 (通常為 26 AWG) 卻有可能由于成本、重量或物流供應方面的原因而缺乏實(shí)用性。圖 1 給出了遠端采樣方框圖，其中一根導線(xiàn)用于檢測正電壓導線(xiàn)中的電壓降，而另一根導線(xiàn)則用于檢測負電壓導線(xiàn)中的電壓降。

圖1：傳統的遠端電壓采樣方法

一種新型解決方案

凌力爾特公司開(kāi)發(fā)了 LT®4180 虛擬遠端采樣 (Virtual Remote SenseTM ━━ VRS) 控制器，該器件無(wú)需遠端采樣導線(xiàn)來(lái)補償電纜和配線(xiàn)中的 IR 損耗。LT4180 可連續查詢(xún)線(xiàn)路阻抗并校正電源輸出電壓，以在負載上保持一個(gè)穩定的電壓，這與電流的變化無(wú)關(guān)。圖 2 中的方框圖示出了 LT4180 VRS 控制器的基本工作原理。

圖2：無(wú)需使用導線(xiàn)的新型遠端電壓采樣方法

VRS 的工作原理

VRS 利用穩壓器輸出端上的一個(gè)小調制電路來(lái)計算校正量。由在任何情況下均接入線(xiàn)路的負載上的輸出電容器對該調制電路進(jìn)行濾波。LT4180 可運用幾乎所有的轉換拓撲結構和隔離型或非隔離型電源、DC/DC 轉換器 (包括磚式模塊、模塊和可調型線(xiàn)性穩壓器)。

LT4180 與一個(gè)電源或 DC/DC 轉換器一起運作，并強制輸出電流以一種預定的顫振頻率在標稱(chēng)輸出電流的 95% 至 105% 之間變化。換句話(huà)說(shuō)，LT4180 強制電源提供一個(gè)方波電流，其峰峰值幅度等于穩壓器輸出電流 (IL) 加上 10% 的 DC 電流。位于負載上的一個(gè)去耦電容器負責濾除來(lái)自 VRS 方波的顫振電流。這個(gè)去耦電容器的大小可以選擇，以在電流方波頻率上產(chǎn)生“AC 短路”，從而在電源上產(chǎn)生一個(gè)電壓方波，此電壓方波的峰峰值幅度等于線(xiàn)路阻抗的 1/10。LT4180 連續監測線(xiàn)路阻抗并校正穩壓器輸出電壓，旨在提供準確的負載調節。

離線(xiàn)設計實(shí)例

如圖 3 中的簡(jiǎn)化電路所示，可以將 LT4180 設計成一個(gè)離線(xiàn)式電源，以通過(guò)一根 CAT5E 電纜提供 24V/0.7A (峰值輸出電流為 3A) 輸出來(lái)給視頻監控攝像機供電。LT4180 連續監視 CATE5 電纜的線(xiàn)路阻抗，而其 DRAIN 引腳則負責驅動(dòng)光耦合器中的二極管以改變電源的占空比，目的是在負載上保持嚴密的穩壓，而不受負載電流變化的影響。

圖3：采用 LT4180 的簡(jiǎn)化離線(xiàn)應用電路

圖 4 中的曲線(xiàn)示出了 LT4180 線(xiàn)路損失補償電路的負載調節性能 (針對一個(gè) 5V 輸出電壓)。負載電流從零開(kāi)始增加，直到它在電纜中產(chǎn)生一個(gè) 2.5V 壓降為止。通過(guò)采用 LT4180 來(lái)校正電源占空比，在整個(gè)負載范圍內負載上的電壓變化僅為 73mV。

圖 4：針對一個(gè) 5V 輸出的負載調節性能 (采用 LT4180)

其他好處

LT4180 的 3V 至 50V 輸入電壓范圍可滿(mǎn)足多種應用的要求。其輸出驅動(dòng)器具有 5mA 的電流吸收能力，以驅動(dòng)一個(gè)用于隔離型設計的光耦合器?？删幊痰墓潭澱耦l率或擴頻頻率決定了線(xiàn)路阻抗的采樣速率。軟校正功能確保了有序的啟動(dòng)操作。當首次超過(guò) RUN 引腳上升門(mén)限時(shí) (表明 VIN 已經(jīng)越過(guò)了其欠壓閉鎖門(mén)限)，電源輸出電壓將被設定至一個(gè)對應于零配線(xiàn)壓降的數值 (未進(jìn)行針對配線(xiàn)的校正)。在一段時(shí)間之內 (由 LT4180 的 CHOLD4 引腳決定)，電源輸出將斜坡上升以補償配線(xiàn)壓降，從而提供最佳的負載端穩壓。當出現過(guò)壓狀況時(shí)，還將啟動(dòng)一個(gè)新的軟校正周期。LT4180 采用 SSOP-24 封裝，并具有三種溫度級版本：-40°C 至 85°C 的擴展溫度級版本、-40°C 至 125°C 的工業(yè)溫度級版本和 -55°C 至 125°C 的軍用溫度級版本。

結論

視頻安保系統是聯(lián)邦機構、州立機構和地方機構為我們提供安全保護所必不可少的工具，從城市監控到機場(chǎng)安全都可見(jiàn)其身影?？梢宰C明：資源的適當分配對于維持盡可能高的國家安全水平可謂彌足珍貴。視頻監控在制止犯罪 (包括惡意破壞、偷盜和賭博中的偶發(fā)事件) 方面具有重要的防范作用。在提供保護 (特別是在地鐵、公共汽車(chē)終點(diǎn)站、停車(chē)場(chǎng)和加油站等場(chǎng)所) 以及作為一種阻止暴力犯罪行為的措施方面，不間斷的全天候視頻安保都是必需的。

LT4180 的 VRS 為電源設計人員和系統集成商提供了一種新功能。在采用了至攝像機的長(cháng)連線(xiàn)的情況下，無(wú)需采樣導線(xiàn)便獲得了出色的穩壓性能，并免除了增設額外電源插座或線(xiàn)徑粗得多的導線(xiàn)之需。VRS 為以往在監控設備安裝中無(wú)法實(shí)現的設計開(kāi)辟了機會(huì )，并可使用幾乎所有類(lèi)型的電源或穩壓器 ━━ 開(kāi)關(guān)或線(xiàn)性、隔離型或非隔離型，從而提供了最大的靈活性。

作者： 凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)工程師 Bruce Haug