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(gòu)也已開始在重要的基礎(chǔ)設(shè)施中安裝視頻安保系統(tǒng)。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圖像。從機場到橋梁、從煉油廠到輸油/輸氣管道、從港口到高速公路等等，將視頻安保設(shè)備納入其準備計劃之中無不使它們獲益良多。

對視頻安保系統(tǒng)安裝要求最為嚴苛的是賭場，在這里，必須對各種戲法花招和快捷無比的動作進行捕捉、檢查和歸檔，以滿足嚴格的管理條例。有策略性地安放“天眼”攝像機可為安保人員的實體設(shè)備資源提供某種補充,從而幫助他們以一種及時和有效的方式來更好地疏導管理擁擠的人群和合理地部署人員。賭博區(qū)域的高質(zhì)量視頻影像為安保專業(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(jiān)控攝像機還有助于制止犯罪，并在有關(guān)當局的調(diào)查過程中為其鑒別罪犯提供一定的幫助。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在零售商店中發(fā)揮著積極的作用，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)營者和安保專業(yè)人員提供了用于處理責任索賠、員工偷盜或其他管理問題的工具。因此，當犯罪者在視頻上被抓現(xiàn)行時，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更加準確。

在現(xiàn)今矯正機構(gòu) (如監(jiān)獄、管教所等) 的管理當中，必須例行處置的問題非常之多，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(tǒng)起到了前所未有的重要作用。這些系統(tǒng)對偏僻場所提供了全天候 (每周 7 天、每天 24 小時) 的監(jiān)視。所以，某些監(jiān)控攝像機需要安裝在距離基地控制系統(tǒng)或可用電源插座達幾百英尺以外的地方。

隨著保健機構(gòu)規(guī)模的日益擴大并開始提供晝夜不停的護理服務(wù)，面對各種各樣的安全風險，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足其保護患者、訪客、員工和知識產(chǎn)權(quán) (IP) 的需要方面，擁有決策權(quán)的責任者卻是各家醫(yī)院和保健機構(gòu)。

監(jiān)控攝像機的部署

在某些場所，為了獲得完整的監(jiān)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(tǒng)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)，除非它被安裝在開放的環(huán)境中，此時它將經(jīng)受各種自然力的作用，而且需要進行加熱以防止結(jié)冰。在這種場合中，其功率需求會接近 70W。

因此，系統(tǒng)集成商必需請電工在靠近攝像機的地方安裝一個 AC 插座盒，或者通過一根很長的電線來給攝像機供電。采用長電線會產(chǎn)生一個很大的電壓降，從而導致相當大的負載調(diào)節(jié)誤差。當負載電流增大時，配線中的電壓降將增加 (由于線路阻抗的原因)，而輸送至負載的電壓將下降。系統(tǒng)集成商慣常的做法是增加線徑 (從 22 AWG 改為 16 AWG) 以維持穩(wěn)壓，即使這些不同線徑電線的成本差異可能高達 250 美元 (當連線長度為 1000 米時) 也別無選擇。

另一方面，解決上述問題的傳統(tǒng)方法是利用一對連接在穩(wěn)壓器的反饋網(wǎng)絡(luò)和負載之間檢測導線來檢測輸出電壓。盡管這種方法效果不錯，但額外的低規(guī)格導線對 (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用性。圖 1 給出了遠端采樣方框圖，其中一根導線用于檢測正電壓導線中的電壓降，而另一根導線則用于檢測負電壓導線中的電壓降。

圖1：傳統(tǒng)的遠端電壓采樣方法

一種新型解決方案

凌力爾特公司開發(fā)了 LT®4180 虛擬遠端采樣 (Virtual Remote SenseTM ━━ VRS) 控制器，該器件無需遠端采樣導線來補償電纜和配線中的 IR 損耗。LT4180 可連續(xù)查詢線路阻抗并校正電源輸出電壓，以在負載上保持一個穩(wěn)定的電壓，這與電流的變化無關(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：無需使用導線的新型遠端電壓采樣方法

VRS 的工作原理

VRS 利用穩(wěn)壓器輸出端上的一個小調(diào)制電路來計算校正量。由在任何情況下均接入線路的負載上的輸出電容器對該調(diào)制電路進行濾波。LT4180 可運用幾乎所有的轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)和隔離型或非隔離型電源、DC/DC 轉(zhuǎn)換器 (包括磚式模塊、模塊和可調(diào)型線性穩(wěn)壓器)。

LT4180 與一個電源或 DC/DC 轉(zhuǎn)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輸出電流的 95% 至 105% 之間變化。換句話說，LT4180 強制電源提供一個方波電流，其峰峰值幅度等于穩(wěn)壓器輸出電流 (IL) 加上 10% 的 DC 電流。位于負載上的一個去耦電容器負責濾除來自 VRS 方波的顫振電流。這個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)生一個電壓方波，此電壓方波的峰峰值幅度等于線路阻抗的 1/10。LT4180 連續(xù)監(jiān)測線路阻抗并校正穩(wěn)壓器輸出電壓，旨在提供準確的負載調(diào)節(jié)。

離線設(shè)計實例

如圖 3 中的簡化電路所示，可以將 LT4180 設(shè)計成一個離線式電源，以通過一根 CAT5E 電纜提供 24V/0.7A (峰值輸出電流為 3A) 輸出來給視頻監(jiān)控攝像機供電。LT4180 連續(xù)監(jiān)視 CATE5 電纜的線路阻抗，而其 DRAIN 引腳則負責驅(qū)動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(wěn)壓，而不受負載電流變化的影響。

圖3：采用 LT4180 的簡化離線應用電路

圖 4 中的曲線示出了 LT4180 線路損失補償電路的負載調(diào)節(jié)性能 (針對一個 5V 輸出電壓)。負載電流從零開始增加，直到它在電纜中產(chǎn)生一個 2.5V 壓降為止。通過采用 LT4180 來校正電源占空比，在整個負載范圍內(nèi)負載上的電壓變化僅為 73mV。

圖 4：針對一個 5V 輸出的負載調(diào)節(jié)性能 (采用 LT4180)

其他好處

LT4180 的 3V 至 50V 輸入電壓范圍可滿足多種應用的要求。其輸出驅(qū)動器具有 5mA 的電流吸收能力，以驅(qū)動一個用于隔離型設(shè)計的光耦合器?？删幊痰墓潭澱耦l率或擴頻頻率決定了線路阻抗的采樣速率。軟校正功能確保了有序的啟動操作。當首次超過 RUN 引腳上升門限時 (表明 VIN 已經(jīng)越過了其欠壓閉鎖門限)，電源輸出電壓將被設(shè)定至一個對應于零配線壓降的數(shù)值 (未進行針對配線的校正)。在一段時間之內(nèi) (由 LT4180 的 CHOLD4 引腳決定)，電源輸出將斜坡上升以補償配線壓降，從而提供最佳的負載端穩(wěn)壓。當出現(xiàn)過壓狀況時，還將啟動一個新的軟校正周期。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(jié)論

視頻安保系統(tǒng)是聯(lián)邦機構(gòu)、州立機構(gòu)和地方機構(gòu)為我們提供安全保護所必不可少的工具，從城市監(jiān)控到機場安全都可見其身影?？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(jiān)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、公共汽車終點站、停車場和加油站等場所) 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(shè)計人員和系統(tǒng)集成商提供了一種新功能。在采用了至攝像機的長連線的情況下，無需采樣導線便獲得了出色的穩(wěn)壓性能，并免除了增設(shè)額外電源插座或線徑粗得多的導線之需。VRS 為以往在監(jiān)控設(shè)備安裝中無法實現(xiàn)的設(shè)計開辟了機會，并可使用幾乎所有類型的電源或穩(wěn)壓器 ━━ 開關(guān)或線性、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)品市場工程師 Bruce Haug