虚拟远端采样控制器惠及视频安保

背景

即使在恐怖主义威胁引起世人高度关注之前，许多公共和私有机构也已开始在重要的基础设施中安装视频安保系统。视频安保提供了改善态势感知、防止恶意破坏、偷盗或其他犯罪、加快反应和管理决策速度以及提高全体人员和公共安全所必需的视觉图像。从机场到桥梁、从炼油厂到输油/输气管道、从港口到高速公路等等，将视频安保设备纳入其准备计划之中无不使它们获益良多。

对视频安保系统安装要求最为严苛的是赌场，在这里，必须对各种戏法花招和快捷无比的动作进行捕捉、检查和归档，以满足严格的管理条例。有策略性地安放“天眼”摄像机可为安保人员的实体设备资源提供某种补充,从而帮助他们以一种及时和有效的方式来更好地疏导管理拥挤的人群和合理地部署人员。赌博区域的高质量视频影像为安保专业人员提供了用于防止作弊和捉获“出千者”所需的详细信息。另外，监控摄像机还有助于制止犯罪，并在有关当局的调查过程中为其鉴别罪犯提供一定的帮助。

视频监控系统在零售商店中发挥着积极的作用，它可作为一种针对潜在犯罪行为的可视化防范措施，并为经营者和安保专业人员提供了用于处理责任索赔、员工偷盗或其他管理问题的工具。因此，当犯罪者在视频上被抓现行时，商店行窃和员工偷盗的处理就可以更加容易。此外，借助视频录像，诸如顾客滑倒、跌倒和责任索赔等事件的了解和处置也会更加准确。

在现今矫正机构 (如监狱、管教所等) 的管理当中，必须例行处置的问题非常之多，走私、暴力、囚犯和警员安全等只是其中的一小部分。因此，在维持秩序和确保安全的工作环境方面，视频安保系统起到了前所未有的重要作用。这些系统对偏僻场所提供了全天候 (每周 7 天、每天 24 小时) 的监视。所以，某些监控摄像机需要安装在距离基地控制系统或可用电源插座达几百英尺以外的地方。

随着保健机构规模的日益扩大并开始提供昼夜不停的护理服务，面对各种各样的安全风险，它们变得更加容易遭受攻击。虽然行业指导准则在其“护理环境”标准中对不断提高安全防范水平提出了强制性的要求，但是，在选择合适的工具以满足其保护患者、访客、员工和知识产权 (IP) 的需要方面，拥有决策权的责任者却是各家医院和保健机构。

监控摄像机的部署

在某些场所，为了获得完整的监控覆盖范围也许需要安装 200 到 300 部摄像机。这些摄像机距离基地控制系统或 AC 插座有可能达 1000 英尺之遥。每部摄像机都需要其自有的工作电源，一般为 24V DC (功耗约 20W)，除非它被安装在开放的环境中，此时它将经受各种自然力的作用，而且需要进行加热以防止结冰。在这种场合中，其功率需求会接近 70W。

因此，系统集成商必需请电工在靠近摄像机的地方安装一个 AC 插座盒，或者通过一根很长的电线来给摄像机供电。采用长电线会产生一个很大的电压降，从而导致相当大的负载调节误差。当负载电流增大时，配线中的电压降将增加 (由于线路阻抗的原因)，而输送至负载的电压将下降。系统集成商惯常的做法是增加线径 (从 22 AWG 改为 16 AWG) 以维持稳压，即使这些不同线径电线的成本差异可能高达 250 美元 (当连线长度为 1000 米时) 也别无选择。

另一方面，解决上述问题的传统方法是利用一对连接在稳压器的反馈网络和负载之间检测导线来检测输出电压。尽管这种方法效果不错，但额外的低规格导线对 (通常为 26 AWG) 却有可能由于成本、重量或物流供应方面的原因而缺乏实用性。图 1 给出了远端采样方框图，其中一根导线用于检测正电压导线中的电压降，而另一根导线则用于检测负电压导线中的电压降。

图1：传统的远端电压采样方法

一种新型解决方案

凌力尔特公司开发了 LT®4180 虚拟远端采样 (Virtual Remote SenseTM ━━ VRS) 控制器，该器件无需远端采样导线来补偿电缆和配线中的 IR 损耗。LT4180 可连续查询线路阻抗并校正电源输出电压，以在负载上保持一个稳定的电压，这与电流的变化无关。图 2 中的方框图示出了 LT4180 VRS 控制器的基本工作原理。

图2：无需使用导线的新型远端电压采样方法

VRS 的工作原理

VRS 利用稳压器输出端上的一个小调制电路来计算校正量。由在任何情况下均接入线路的负载上的输出电容器对该调制电路进行滤波。LT4180 可运用几乎所有的转换拓扑结构和隔离型或非隔离型电源、DC/DC 转换器 (包括砖式模块、模块和可调型线性稳压器)。

LT4180 与一个电源或 DC/DC 转换器一起运作，并强制输出电流以一种预定的颤振频率在标称输出电流的 95% 至 105% 之间变化。换句话说，LT4180 强制电源提供一个方波电流，其峰峰值幅度等于稳压器输出电流 (IL) 加上 10% 的 DC 电流。位于负载上的一个去耦电容器负责滤除来自 VRS 方波的颤振电流。这个去耦电容器的大小可以选择，以在电流方波频率上产生“AC 短路”，从而在电源上产生一个电压方波，此电压方波的峰峰值幅度等于线路阻抗的 1/10。LT4180 连续监测线路阻抗并校正稳压器输出电压，旨在提供准确的负载调节。

离线设计实例

如图 3 中的简化电路所示，可以将 LT4180 设计成一个离线式电源，以通过一根 CAT5E 电缆提供 24V/0.7A (峰值输出电流为 3A) 输出来给视频监控摄像机供电。LT4180 连续监视 CATE5 电缆的线路阻抗，而其 DRAIN 引脚则负责驱动光耦合器中的二极管以改变电源的占空比，目的是在负载上保持严密的稳压，而不受负载电流变化的影响。

图3：采用 LT4180 的简化离线应用电路

图 4 中的曲线示出了 LT4180 线路损失补偿电路的负载调节性能 (针对一个 5V 输出电压)。负载电流从零开始增加，直到它在电缆中产生一个 2.5V 压降为止。通过采用 LT4180 来校正电源占空比，在整个负载范围内负载上的电压变化仅为 73mV。

           
图 4：针对一个 5V 输出的负载调节性能 (采用 LT4180)

其他好处

LT4180 的 3V 至 50V 输入电压范围可满足多种应用的要求。其输出驱动器具有 5mA 的电流吸收能力，以驱动一个用于隔离型设计的光耦合器。可编程的固定颤振频率或扩频频率决定了线路阻抗的采样速率。软校正功能确保了有序的启动操作。当首次超过 RUN 引脚上升门限时 (表明 VIN 已经越过了其欠压闭锁门限)，电源输出电压将被设定至一个对应于零配线压降的数值 (未进行针对配线的校正)。在一段时间之内 (由 LT4180 的 CHOLD4 引脚决定)，电源输出将斜坡上升以补偿配线压降，从而提供最佳的负载端稳压。当出现过压状况时，还将启动一个新的软校正周期。LT4180 采用 SSOP-24 封装，并具有三种温度级版本：-40°C 至 85°C 的扩展温度级版本、-40°C 至 125°C 的工业温度级版本和 -55°C 至 125°C 的军用温度级版本。

结论

视频安保系统是联邦机构、州立机构和地方机构为我们提供安全保护所必不可少的工具，从城市监控到机场安全都可见其身影。可以证明：资源的适当分配对于维持尽可能高的国家安全水平可谓弥足珍贵。视频监控在制止犯罪 (包括恶意破坏、偷盗和赌博中的偶发事件) 方面具有重要的防范作用。在提供保护 (特别是在地铁、公共汽车终点站、停车场和加油站等场所) 以及作为一种阻止暴力犯罪行为的措施方面，不间断的全天候视频安保都是必需的。

LT4180 的 VRS 为电源设计人员和系统集成商提供了一种新功能。在采用了至摄像机的长连线的情况下，无需采样导线便获得了出色的稳压性能，并免除了增设额外电源插座或线径粗得多的导线之需。VRS 为以往在监控设备安装中无法实现的设计开辟了机会，并可使用几乎所有类型的电源或稳压器 ━━ 开关或线性、隔离型或非隔离型，从而提供了最大的灵活性。

作者： 凌力尔特公司电源产品部产品市场工程师 Bruce Haug