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背景信息
就很多公營和私營機構而言，實施安防和公共安全計劃需要部署各種視頻安防技術。視頻安防系統提供必要的可視圖像，可加強對周圍情況的了解并震懾破壞 公共財物行為、盜竊或其他犯罪，加快響應和管理決策，全面提高公共和員工安全。從橋梁到機場、從煉油廠到管道、從海港到高速路，很多系統都因在其安全防護 計劃中納入了視頻安防技術而受益。
可以說，要求最苛刻的視頻安防應用環境之一是賭場，在賭場中，視頻安防系統必須捕捉到各種花招和各種超快動作，并對這些視頻檢查歸檔，以滿足嚴格的 監管要求。戰略性地放置“天眼 (Eye in the Sky)”式攝像頭對安防人員的部署起到了補充作用，有助于更好地管理人群，及時有效地進行人員部署。游戲區的高質量視頻還為安防專業人員提供了詳細的信 息，有助于他們防止欺詐以及抓住騙子。
零售店也可從視頻監控系統中受益，視頻監控系統對潛在犯罪行為可起到震懾作用，同時又為經理們和安防專業人員處理責任險索賠、員工盜竊或其他相關問 題提供了監控工具。結果，通過視頻可以在犯罪分子作案時現場將其抓獲，因而可以更加輕而易舉地處理冒充顧客在商店行竊以及員工盜竊問題。此外，根據視頻記 錄，可以更準確地了解和處理滑倒、摔傷以及責任險索賠問題。
在如今的監獄管理中，走私、暴力、犯人和警察安全僅僅是日常工作必須處理的大量問題中的少數幾個。因此，視頻安防系統在維護秩序、確保安全工作環境方面，從未像現在這樣發揮出這么重要的作用。
醫療保健機構變得越來越大，而且提供24小時不間斷的護理，因此變得更加易于遭遇多種安全風險。盡管行業指導原則要求，更多地依靠其“護理環境”標準提供安全保障，但是決定采用合適的工具以滿足患者、訪客、員工和知識產權保護需求，是每一家醫院和醫療保健機構的責任。
攝像頭部署
為了全面監控很多地點，可能需要幾百個攝像頭。監控攝像頭一般用 24V DC 或 12V DC 電源電壓，以高達 25W 的功率工作。不過，在大多數情況下，一般沒有 12V 或 24V 輸入可用，因此需要開發這樣的輸入。大多數安裝地點有交流電源可用，例如標稱值為 110VAC (90VAC 至 132VAC) 或 220VAC (180VAC 至 265VAC) 的交流電源。此外，出于安全考慮，用交流電源工作還需要隔離輸入與輸出。
很多年來，反激式轉換器一直廣泛用于隔離式 DC/DC 應用，但未必是設計師的首選。電源設計師是出于滿足較低功率隔離要求的需要才選擇反激式轉換器，而不是因為反激式轉換器更易于設計。由于眾所周知在控制環 路中右半平面的零點，反激式轉換器有穩定性問題，光耦合器的傳播延遲、老化和增益變化使這個問題雪上加霜。此外，反激式轉換器需要大量時間設計變壓器，而 通常現成有售變壓器的選擇有限、可能需要定制變壓器這個問題，進一步使變壓器設計任務復雜化了。那么電源設計師怎樣獲得幫助呢?
新型反激式 IC 簡化設計
由于凌力爾特公司推出了 LT3798 隔離型反激式控制器，所以很多這類反激式轉換器設計挑戰都可以克服了。首先，LT3798 無需光耦合器、副端基準電壓以及無需電源變壓器提供額外的第三個繞組，同時僅需一個跨隔離勢壘的器件保持主端和副端隔離。此外，LT3798 的獨特之處在于，它在轉換器中納入了有源功率因數校正 (PFC)。這個特點也允許 LT3798 構成單級轉換器，提供隔離型反激式轉換器，并將有源 PFC 納入單個轉換器中。
LT3798 運用主端檢測方法，能夠通過反激式主端開關節點波形檢測輸出電壓。在開關關斷時，輸出二極管向輸出提供電流，輸出電壓反射到反激式變壓器的主端。開關節點 電壓的幅度是輸入電壓和反射的輸出電壓之和，LT3798 能夠重建。在整個輸入電壓、溫度和負載變化范圍內，這種輸出電壓反饋方法帶來了高于 ±5% 的總體穩定度。圖 1 顯示了一個采用 LT3798 的反激式轉換器的原理圖。
圖 1：具主端輸出電壓檢測的 LT3798 反激式轉換器
LT3798 接受 90VAC 至 265VAC 的輸入電壓，輸入電壓加到橋式整流器上。所產生的 DC 電壓加到電源變壓器，并在 LT3798 處于受控狀態時切換。通過兩個 100kΩ 電阻器、D3 和一個 10μF 電容器給 LT3798 的輸入電壓充電。啟動后，LT3798 通過二極管 D2，由電源變壓器的第三個繞組供電。
主端輸出電壓檢測
因通過在變壓器主端檢測輸出電壓，LT3798 無需光耦合器、基準電壓和光驅動器。如圖 2 所示，在功率晶體管關斷時，主端開關節點波形處準確地測量輸出電壓，圖 2 中的 N 是變壓器匝數比，VIN 是輸入電壓，VC 是最高箝位電壓。LT3798 通過選擇 FB 引腳處的電阻器分壓器網絡和變壓器匝數比來設定輸出電壓。
圖 2：LT3798 的典型開關節點波形
以邊界模式工作時，負載穩定度大大改善了，因為反射的輸出電壓始終在二極管電流過零時采樣。LT3798 一般提供 ±3% 的負載穩定度。
變壓器選擇和設計時須考慮的因素
變壓器性能規格及設計也許是成功應用 LT3798 最關鍵的部分。在處理具較低漏電感和緊耦合的高頻隔離式電源變壓器設計時，除了通常的注意事項，變壓器匝數比也必須嚴格控制。既然變壓器副端的電壓是由主 端采樣電壓推斷而來，那么匝數比必須嚴格控制，以確保一致的輸出電壓。變壓器至變壓器之間 ±5% 的匝數比容限可能導致輸出電壓具有超過 ±5% 的變化。幸運的是，大多數磁性組件制造商能確保 ±1% 或更好的匝數比容限。
凌力爾特公司已經與領先磁性組件制造商開展合作，以生產與 LT3798 一起使用的預設計反激式變壓器。表 1 顯示了推薦使用的現成有售變壓器，這些變壓器來自 Wurth Electronics、Coilcraft、Premo 和 Renco 公司。LT3798 數據表中也包含這張表格。這些變壓器一般能在持續 1 分鐘時間內承受 1500VAC 的主端至副端擊穿電壓。也可以使用更高擊穿電壓的器件和定制變壓器。
表 1：可與 LT3798 一起使用的現成有售的變壓器
使用表 1 所列的任何變壓器時，LT3798 可以用免費下載的凌力爾特公司 LTspice? 仿真程序建模。仿真電路包括如下信息：電路如何啟動;對負載階躍的響應;電路內各個點的電壓波形。用這種方法很容易更改設計，看到各種更改對電路性能的影響。
使用 LT3798 的演示電路板如圖 3 所示。這個電路接受 90V 至 265V 的輸入電壓，在高達 2A 產生隔離的 24V。
圖 3：48W LT3798 應用電路 (11.4cm x 4.8cm x 3.3cm)
結論
盡管隔離型反激式轉換器的設計不是一個簡單的任務，但是現在有了其他方法，可以使用模塊或復雜的分立式解決方案。基于 LT3798 的電路無需光耦合器、副端基準電壓和光驅動器，因而簡化了設計。該器件僅用一個跨隔離勢壘的器件保持主端與副端的隔離。此外，由于有了簡便易用的現成有售 變壓器，所以不需要定制變壓器。LT3798 通常在 90VAC 至 265VAC 輸入電壓范圍內工作，能夠提供高達 80W 的連續輸出功率，從而使該器件非常適合多種安防攝像應用。
就很多公營和私營機構而言，實施安防和公共安全計劃需要部署各種視頻安防技術。視頻安防系統提供必要的可視圖像，可加強對周圍情況的了解并震懾破壞 公共財物行為、盜竊或其他犯罪，加快響應和管理決策，全面提高公共和員工安全。從橋梁到機場、從煉油廠到管道、從海港到高速路，很多系統都因在其安全防護 計劃中納入了視頻安防技術而受益。
可以說，要求最苛刻的視頻安防應用環境之一是賭場，在賭場中，視頻安防系統必須捕捉到各種花招和各種超快動作，并對這些視頻檢查歸檔，以滿足嚴格的 監管要求。戰略性地放置“天眼 (Eye in the Sky)”式攝像頭對安防人員的部署起到了補充作用，有助于更好地管理人群，及時有效地進行人員部署。游戲區的高質量視頻還為安防專業人員提供了詳細的信 息，有助于他們防止欺詐以及抓住騙子。
零售店也可從視頻監控系統中受益，視頻監控系統對潛在犯罪行為可起到震懾作用，同時又為經理們和安防專業人員處理責任險索賠、員工盜竊或其他相關問 題提供了監控工具。結果，通過視頻可以在犯罪分子作案時現場將其抓獲，因而可以更加輕而易舉地處理冒充顧客在商店行竊以及員工盜竊問題。此外，根據視頻記 錄，可以更準確地了解和處理滑倒、摔傷以及責任險索賠問題。
在如今的監獄管理中，走私、暴力、犯人和警察安全僅僅是日常工作必須處理的大量問題中的少數幾個。因此，視頻安防系統在維護秩序、確保安全工作環境方面，從未像現在這樣發揮出這么重要的作用。
醫療保健機構變得越來越大，而且提供24小時不間斷的護理，因此變得更加易于遭遇多種安全風險。盡管行業指導原則要求，更多地依靠其“護理環境”標準提供安全保障，但是決定采用合適的工具以滿足患者、訪客、員工和知識產權保護需求，是每一家醫院和醫療保健機構的責任。
攝像頭部署
為了全面監控很多地點，可能需要幾百個攝像頭。監控攝像頭一般用 24V DC 或 12V DC 電源電壓，以高達 25W 的功率工作。不過，在大多數情況下，一般沒有 12V 或 24V 輸入可用，因此需要開發這樣的輸入。大多數安裝地點有交流電源可用，例如標稱值為 110VAC (90VAC 至 132VAC) 或 220VAC (180VAC 至 265VAC) 的交流電源。此外，出于安全考慮，用交流電源工作還需要隔離輸入與輸出。
很多年來，反激式轉換器一直廣泛用于隔離式 DC/DC 應用，但未必是設計師的首選。電源設計師是出于滿足較低功率隔離要求的需要才選擇反激式轉換器，而不是因為反激式轉換器更易于設計。由于眾所周知在控制環 路中右半平面的零點，反激式轉換器有穩定性問題，光耦合器的傳播延遲、老化和增益變化使這個問題雪上加霜。此外，反激式轉換器需要大量時間設計變壓器，而 通常現成有售變壓器的選擇有限、可能需要定制變壓器這個問題，進一步使變壓器設計任務復雜化了。那么電源設計師怎樣獲得幫助呢?
新型反激式 IC 簡化設計
由于凌力爾特公司推出了 LT3798 隔離型反激式控制器，所以很多這類反激式轉換器設計挑戰都可以克服了。首先，LT3798 無需光耦合器、副端基準電壓以及無需電源變壓器提供額外的第三個繞組，同時僅需一個跨隔離勢壘的器件保持主端和副端隔離。此外，LT3798 的獨特之處在于，它在轉換器中納入了有源功率因數校正 (PFC)。這個特點也允許 LT3798 構成單級轉換器，提供隔離型反激式轉換器，并將有源 PFC 納入單個轉換器中。
LT3798 運用主端檢測方法，能夠通過反激式主端開關節點波形檢測輸出電壓。在開關關斷時，輸出二極管向輸出提供電流，輸出電壓反射到反激式變壓器的主端。開關節點 電壓的幅度是輸入電壓和反射的輸出電壓之和，LT3798 能夠重建。在整個輸入電壓、溫度和負載變化范圍內，這種輸出電壓反饋方法帶來了高于 ±5% 的總體穩定度。圖 1 顯示了一個采用 LT3798 的反激式轉換器的原理圖。
LT3798 接受 90VAC 至 265VAC 的輸入電壓，輸入電壓加到橋式整流器上。所產生的 DC 電壓加到電源變壓器，并在 LT3798 處于受控狀態時切換。通過兩個 100kΩ 電阻器、D3 和一個 10μF 電容器給 LT3798 的輸入電壓充電。啟動后，LT3798 通過二極管 D2，由電源變壓器的第三個繞組供電。
主端輸出電壓檢測
因通過在變壓器主端檢測輸出電壓，LT3798 無需光耦合器、基準電壓和光驅動器。如圖 2 所示，在功率晶體管關斷時，主端開關節點波形處準確地測量輸出電壓，圖 2 中的 N 是變壓器匝數比，VIN 是輸入電壓，VC 是最高箝位電壓。LT3798 通過選擇 FB 引腳處的電阻器分壓器網絡和變壓器匝數比來設定輸出電壓。
以邊界模式工作時，負載穩定度大大改善了，因為反射的輸出電壓始終在二極管電流過零時采樣。LT3798 一般提供 ±3% 的負載穩定度。
變壓器選擇和設計時須考慮的因素
變壓器性能規格及設計也許是成功應用 LT3798 最關鍵的部分。在處理具較低漏電感和緊耦合的高頻隔離式電源變壓器設計時，除了通常的注意事項，變壓器匝數比也必須嚴格控制。既然變壓器副端的電壓是由主 端采樣電壓推斷而來，那么匝數比必須嚴格控制，以確保一致的輸出電壓。變壓器至變壓器之間 ±5% 的匝數比容限可能導致輸出電壓具有超過 ±5% 的變化。幸運的是，大多數磁性組件制造商能確保 ±1% 或更好的匝數比容限。
凌力爾特公司已經與領先磁性組件制造商開展合作，以生產與 LT3798 一起使用的預設計反激式變壓器。表 1 顯示了推薦使用的現成有售變壓器，這些變壓器來自 Wurth Electronics、Coilcraft、Premo 和 Renco 公司。LT3798 數據表中也包含這張表格。這些變壓器一般能在持續 1 分鐘時間內承受 1500VAC 的主端至副端擊穿電壓。也可以使用更高擊穿電壓的器件和定制變壓器。
表 1：可與 LT3798 一起使用的現成有售的變壓器
|
變壓器 型號 |
尺寸 (長 x 寬 x 高) |
LPRI (μH) |
NPSA (NP:NS:NA) |
RPRI (mΩ) |
RSEC (mΩ) |
制造商 |
目標應用 (VOUT/IOUT) |
|||||||
| JA4429 |
21.1mm x 21.1mm x 17.3mm |
400 | 1 : 0.24 : 0.24 | 252 | 126 | Coilcraft | 22V/1A | |||||||
| 7508110210 |
15.75mm x 15mm x 18.5mm |
2000 | 6.67 : 1 : 1.67 | 5100 | 165 | Wurth Electronik | 10V/0.4A | |||||||
| 750813002 |
15.75mm x 15mm x 18.5mm |
2000 | 20 : 1.0 : 5.0 | 6100 | 25 | Wurth Electronik | 3.8V/1.1A | |||||||
| 750811330 |
43.2mm x 39.6mm x 30.5mm |
300 | 6 : 1.0 : 1.0 | 150 | 25 | Wurth Electronik | 18V/5A | |||||||
| 750813144 |
16.5mm x 18mm x 18mm |
600 | 4 : 1 : 0.71 | 2400 | 420 | Wurth Electronik | 28V/0.5A | |||||||
| 750813134 |
16.5mm x 18mm x 18mm |
600 | 8 : 1 : 1.28 | 1850 | 105 | Wurth Electronik | 14V/1A | |||||||
| 750811291 |
31mm x 31mm x 25mm |
400 | 1 : 1 : 0.24 | 550 | 1230 | Wurth Electronik | 85V/0.4A | ? | ||||||
| 750813390 |
43.18mm x 39.6mm x 30.48mm |
100 | 1 : 1 : 0.22 | 150 | 688 | Wurth Electronik | 90V/1A | ? | ||||||
| 750811290 |
31mm x 31mm x 25mm |
460 | 1 : 1 : 0.17 | 600 | 560 | Wurth Electronik | 125V/0.32A | ? | ||||||
| X-11181-002 |
23.5mm x 21.4mm x 9.5mm |
500 | 72 : 16 : 10 | 1000 | 80 | Premo | 30V/0.5A | ? | ||||||
| 750811248 |
31mm x 31mm x 25mm |
300 | 4 : 1.0 : 1.0 | 280 | 25 | Wurth Electronik | 24V/2A | ? | ||||||
| RLLT-1001 |
25mm x 22.2mm x 16mm |
820 | 16 : 1.0 : 4.0 | 1150 | 10 | Renco | 5V/4A | ? | ||||||
| 750312872 |
43.2mm x 39.6mm x 30.5mm |
14 | 1 : 1 : 0.8 | 11 | 11 | Wurth Electronik | 28V/4A | ? | ||||||
| ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
使用 LT3798 的演示電路板如圖 3 所示。這個電路接受 90V 至 265V 的輸入電壓，在高達 2A 產生隔離的 24V。
結論
盡管隔離型反激式轉換器的設計不是一個簡單的任務，但是現在有了其他方法，可以使用模塊或復雜的分立式解決方案。基于 LT3798 的電路無需光耦合器、副端基準電壓和光驅動器，因而簡化了設計。該器件僅用一個跨隔離勢壘的器件保持主端與副端的隔離。此外，由于有了簡便易用的現成有售 變壓器，所以不需要定制變壓器。LT3798 通常在 90VAC 至 265VAC 輸入電壓范圍內工作，能夠提供高達 80W 的連續輸出功率，從而使該器件非常適合多種安防攝像應用。
工商網監
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