虛擬遠(yuǎn)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(jī)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(yīng)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(jī)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(zhǔn)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(yán)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(jìn)行捕捉、檢查和歸檔，以滿足嚴(yán)格的管理條例。有策略性地安放“天眼”攝像機(jī)可為安保人員的實體設(shè)備資源提供某種補(bǔ)充,從而幫助他們以一種及時和有效的方式來更好地疏導(dǎo)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(xì)信息。另外，監(jiān)控攝像機(jī)還有助于制止犯罪，并在有關(guān)當(dāng)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(zé)任索賠、員工偷盜或其他管理問題的工具。因此，當(dāng)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(zé)任索賠等事件的了解和處置也會更加準(zhǔn)確。

在現(xiàn)今矯正機(jī)構(gòu) (如監(jiān)獄、管教所等) 的管理當(dāng)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(jī)需要安裝在距離基地控制系統(tǒng)或可用電源插座達(dá)幾百英尺以外的地方。

隨著保健機(jī)構(gòu)規(guī)模的日益擴(kuò)大并開始提供晝夜不停的護(hù)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(dǎo)準(zhǔn)則在其“護(hù)理環(huán)境”標(biāo)準(zhǔn)中對不斷提高安全防范水平提出了強(qiáng)制性的要求，但是，在選擇合適的工具以滿足其保護(hù)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(zé)任者卻是各家醫(yī)院和保健機(jī)構(gòu)。

監(jiān)控攝像機(jī)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(jī)。這些攝像機(jī)距離基地控制系統(tǒng)或 AC 插座有可能達(dá) 1000 英尺之遙。每部攝像機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)供電。采用長電線會產(chǎn)生一個很大的電壓降，從而導(dǎo)致相當(dāng)大的負(fù)載調(diào)節(jié)誤差。當(dāng)負(fù)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(fù)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(dá) 250 美元 (當(dāng)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(fù)載之間檢測導(dǎo)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(dǎo)線對 (通常為 26 AWG) 卻有可能由于成本、重量或物流供應(yīng)方面的原因而缺乏實用性。圖 1 給出了遠(yuǎn)端采樣方框圖，其中一根導(dǎo)線用于檢測正電壓導(dǎo)線中的電壓降，而另一根導(dǎo)線則用于檢測負(fù)電壓導(dǎo)線中的電壓降。

圖1：傳統(tǒng)的遠(yuǎn)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(yuǎn)端采樣 (Virtual Remote SenseTM ━━ VRS) 控制器，該器件無需遠(yuǎn)端采樣導(dǎo)線來補(bǔ)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(fù)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(dǎo)線的新型遠(yuǎn)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(fù)載上的輸出電容器對該調(diào)制電路進(jìn)行濾波。LT4180 可運(yùn)用幾乎所有的轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(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(yùn)作，并強(qiáng)制輸出電流以一種預(yù)定的顫振頻率在標(biāo)稱輸出電流的 95% 至 105% 之間變化。換句話說，LT4180 強(qiáng)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(fù)載上的一個去耦電容器負(fù)責(zé)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(zhǔn)確的負(fù)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(jī)供電。LT4180 連續(xù)監(jiān)視 CATE5 電纜的線路阻抗，而其 DRAIN 引腳則負(fù)責(zé)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(fù)載上保持嚴(yán)密的穩(wěn)壓，而不受負(fù)載電流變化的影響。

圖3：采用 LT4180 的簡化離線應(yīng)用電路

圖 4 中的曲線示出了 LT4180 線路損失補(bǔ)償電路的負(fù)載調(diào)節(jié)性能 (針對一個 5V 輸出電壓)。負(fù)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(fù)載范圍內(nèi)負(fù)載上的電壓變化僅為 73mV。

圖 4：針對一個 5V 輸出的負(fù)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(yīng)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。可編程的固定顫振頻率或擴(kuò)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(dāng)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(yīng)于零配線壓降的數(shù)值 (未進(jìn)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(bǔ)償配線壓降，從而提供最佳的負(fù)載端穩(wěn)壓。當(dāng)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(kuò)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(jī)構(gòu)、州立機(jī)構(gòu)和地方機(jī)構(gòu)為我們提供安全保護(hù)所必不可少的工具，從城市監(jiān)控到機(jī)場安全都可見其身影。可以證明：資源的適當(dāng)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(hù) (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(jī)的長連線的情況下，無需采樣導(dǎo)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(dǎo)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(jī)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