無(wú)需光耦合器的反激式 DC/DC 控制器可惠及視頻安保

機場(chǎng)安保的第一道防線(xiàn)是柵欄、關(guān)卡和圍墻。特別是諸如油庫、候機樓、甚至行李搬運場(chǎng)地等敏感區域其安全級別更高，設置有安保檢查點(diǎn)。所有這些區域以及機場(chǎng)內部的大多數位置通常都是采用監控攝像機進(jìn)行監視的。

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。

視頻監控系統在零售商店中發(fā)揮著(zhù)重要的作用，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。

隨著(zhù)醫療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醫療保健機構。

在大多數場(chǎng)所中，為了獲得完整的監控覆蓋范圍也許需要好幾百部攝像機。監視和管理多個(gè)位置設施最常用的方法之一是采用具以太網(wǎng)供電 (PoE) 能力的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 攝像機。此類(lèi)實(shí)現方案能夠顯著(zhù)地簡(jiǎn)化攝像機的安裝并降低相關(guān)的成本，這是因為數據和功率利用同一根電纜進(jìn)行傳輸， 而且攝像機不必安裝在電源的附近。然而，對于可從一根以太網(wǎng)電纜吸取的最大功率量，則需要謹慎地加以對待。如欲了解可從一個(gè) PoE 接口吸取的最大容許功率的更多信息，請查閱IEEE 802.3af (PoE) 或 IEEE 802.3at (PoE+) 規范。

監控攝像機通常采用 24V DC 或 12V DC 的工作電源電壓，功率級高達 25W。PoE 線(xiàn)路將提供 48V 電壓，該電壓需要進(jìn)行降壓并由于安全性及故障的原因而與其輸入至輸出隔離開(kāi)來(lái)，從而導致電源變得更加復雜。不過(guò)，功率轉換技術(shù)近期所取得的發(fā)展已使低至中等功率隔離式轉換器的設計變得簡(jiǎn)單和容易得多。

在隔離型 DC/DC 應用中廣泛使用反激式轉換器已有多年，然而，它們卻未必是設計人員的首選。電源設計師選用反激式轉換器并不是因為它們可降低設計難度，而是迫于較低功率隔離要求的壓力，實(shí)乃不情愿之舉。由于控制環(huán)路中眾所周知的右半平面零點(diǎn)的原因，反激式轉換器存在穩定性問(wèn)題，而且光耦合器的傳播延遲、老化和增益變化還會(huì )使該問(wèn)題進(jìn)一步復雜化。此外，反激式轉換器還需要專(zhuān)門(mén)花費大量的時(shí)間進(jìn)行變壓器的設計，而由于可供選擇的市售變壓器品種有限且有可能需要定制變壓器，所以導致此項設計工作變得愈發(fā)復雜。不過(guò)，凌力爾特公司近期發(fā)布的 LT3748 隔離型反激式控制器解決了此類(lèi)反激式轉換器設計的諸多難題。

首先，LT3748 免除了增設光耦合器、副端基準電壓和電源變壓器附加第三繞組的需要，同時(shí)保持了主端與副端之間的隔離 (只有一部分必須橫跨隔離勢壘)。LT3748 運用了一種主端檢測方案，該方案能通過(guò)反激式變壓器主端開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形來(lái)檢測輸出電壓。在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，輸出二極管負責向輸出端提供電流，而輸出電壓被反射至反激式變壓器的主端。開(kāi)關(guān)節點(diǎn)電壓的數值是輸入電壓與反射輸出電壓之和 (LT3748 能夠重構)。這種輸出電壓反饋技術(shù)在整個(gè)線(xiàn)路電壓輸入范圍、溫度范圍以及負載范圍內實(shí)現了優(yōu)于 ±5% 的總調節準確度。圖 1 示出了一款采用 LT3748 的反激式轉換器原理圖。

LT3748 可接受一個(gè) 5V 至 100V 的輸入電壓，處于該范圍內的輸入電壓可以直接施加至 IC。由于具有高電壓板上 LDO 并采用 MSOP-16 封裝 (去掉了 4 個(gè)引腳以實(shí)現額外的高壓引腳間隔)，因此該器件能在高輸入電壓條件下可靠運作。另外，這款器件的板上柵極驅動(dòng)器可為一個(gè)外部 N 溝道功率 MOSFET 供電，使得它能夠提供高達 50W 左右的功率 (其最大輸出功率取決于外部組件選擇、輸入電壓范圍和輸出電壓)。

此外，LT3748 所運用的邊界模式操作進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統設計，并縮減了總體轉換器的外形尺寸和占板面積。LT3748 反激式轉換器在副端電流減小至零之后立即接通其內部開(kāi)關(guān)，并在開(kāi)關(guān)電流達到預定電流限值時(shí)關(guān)斷。于是，它始終工作在連續導通模式 (CCM) 和不連續導通模式 (DCM) 的轉換之時(shí)，這通常被稱(chēng)為邊界模式或臨界導通模式。

隔離型轉換器的輸出電壓檢測通常需要一個(gè)光耦合器、副端基準電壓和光學(xué)驅動(dòng)器。光耦合器用于通過(guò)光鏈路來(lái)傳送輸出電壓反饋信號，同時(shí)保持隔離勢壘。然而，光耦合器傳輸比會(huì )隨著(zhù)溫度和老化而有所改變，從而使其準確度下降。

LT3748 通過(guò)檢測變壓器主端上的輸出電壓免除了增設一個(gè)光耦合器、基準電壓和光學(xué)驅動(dòng)器的需要。如圖 2 所示，輸出電壓可在功率晶體管關(guān)斷期間的主端開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形上準確地測量，其中的 N 為變壓器的匝數比，V_IN 為輸入電壓，而 V_C 為最大箝位電壓。LT3748 通過(guò)選擇 R_FB 和 R_REF 以及變壓器的匝數比來(lái)設定輸出電壓。

由于始終在二極管電流零交叉點(diǎn)上進(jìn)行反射輸出電壓的采樣，因此負載調節性能在邊界模式操作中得到了大幅度的改善。LT3748 通?？商峁?±3% 的負載調節。

就 LT3748 的成功應用而言，變壓器的規格和設計可能是最為關(guān)鍵的部分了。除了處理高頻隔離型電源變壓器設計的常見(jiàn)注意事項 (實(shí)現低漏電感和緊密耦合) 之外，還必須嚴格控制變壓器的匝數比。由于變壓器副端上的電壓是由主端上的采樣電壓推知的，因此必須嚴格控制匝數比以確保獲得一致的輸出電壓。各變壓器之間 ±5% 的匝數比容差有可能在輸出電壓中產(chǎn)生超過(guò) ±5% 的變化。幸運的是，大多數磁性元件制造商都能夠保證 ±1% 或更好的匝數比容差指標。

凌力爾特公司與主要的磁性元件制造商進(jìn)行了合作，以生產(chǎn)供 LT3748 使用的預設計型反激式變壓器。表 1 是一張縮略表，羅列了一些推薦使用的市售變壓器，制造商為 Wurth Electronics 和 Pulse Engineering 公司。完整列表請見(jiàn) LT3748 的產(chǎn)品手冊。這些變壓器一般能夠承受 1,500V AC 的主端至副端擊穿電壓 (持續時(shí)間為一分鐘)。也可以使用擊穿電壓更高的變壓器和定制變壓器。

LT3748 可以采用 LTspice 軟件 (免費下載) 與表 1 中所列的任意變壓器來(lái)建模。仿真電路包含的信息有：電路啟動(dòng)的方式、其對于負載階躍的反應、以及電路內部不同點(diǎn)上的電壓波形。借助該軟件，可以很容易地完成設計變更并了解相關(guān)的變更對其電路性能的影響。

圖 3 示出了一款采用 LT3748 的演示電路板。該電路可接受一個(gè)范圍從 22V 至 75V 的輸入電壓，并在高達 2.5A 的電流條件下產(chǎn)生一個(gè)隔離型 12V 輸出。

結論
盡管隔離型反激式轉換器的設計并不簡(jiǎn)單；但是除了采用模塊或復雜的分立式實(shí)現方案之外，如今我們有了一種替代方案?；?LT3748 的電路無(wú)需光耦合器、副端基準電壓和光學(xué)驅動(dòng)器，因而簡(jiǎn)化了隔離型反激式轉換器的設計。該器件保持了主端至副端隔離 (只有一部分橫跨隔離勢壘)。容易購置的市售變壓器避免了采用定制變壓器的需要。LT3748 具有一個(gè) 5V 至 100V 的工作輸入電壓范圍，并能夠提供高達 50W 左右的連續輸出功率，從而使其成為眾多安保 IP 攝像機應用的合適之選。