보안 카메라 애플리케이션에 적합한 LT3798은 플라이백 컨버터의 많은 설계 문제를 해결할 수 있다. 무엇보다 광커플러, 2차측 기준 전압, 전원 트랜스포머에서 별도의 3차 권선을 사용할 필요가 없다. 또한 컨버터에 능동 역률 보정(PFC)을 통합하고 있는 유일한 제품이다.

많은 공공 및 사설 기관에서 보안과 공공 안전을 강화하는 정책이 추진되면서 다양한 비디오 보안 기술이 도입되고 있다. 비디오 보안은 상황인식을 향상시키고 시설물 파손, 도난 또는 기타 범죄 발생을 억제하면서 신속한 대응과 관리 결정을 용이하게 하고 일반 시민과 직원의 안전을 증가시키는 데 필요한 시각적 영상을 제공한다. 교량에서부터 공항, 정유소와 송유관, 항만에서부터 고속도로까지 여러 시설들이 위기 대처 계획에 비디오 보안을 포함함으로써 많은 이득을 얻고 있다.

가장 까다로운 비디오 보안 시설의 하나는 카지노이다. 카지노 시설은 엄격한 규정을 만족하기 위해 교묘한 손놀림, 민첩한 움직임을 모두 포착하고, 검토하고, 저장해야 한다. “하늘의 눈(Eye in the Sky)”이라고 하는 감시 카메라를 전략적으로 배치해 보안 직원의 물리적 존재를 보완함으로써 고객에 대한 관리를 향상시키고 적시에 효과적으로 직원을 배치할 수 있다. 게임장 내의 고품질 비디오는 보안 전문가에게 속임수를 방지하고 속임수를 쓰는 사람을 잡아내는 데 필요한 상세한 정보를 제공한다.

소매점은 비디오 감시 시스템을 잠재적인 범죄 행위에 대한 시각적 억지 장치로 사용하고, 이를 통해 관리자와 보안 전문가에게 책임 배상 요구,
직원 절도, 기타 관련된 문제들을 처리할 수 있는 수단을 제공할 수 있다. 따라서 고객이나 직원의 절도 행위가 발생할 경우에도 비디오에 범죄 행위가 찍히기 때문에 문제를 보다 쉽게 처리할 수 있다. 뿐만 아니라 미끄러지거나 넘어지는 사고 및 책임배상 요구 등을 비디오 확인을 통해 보다 정확하게 이해하고 처리할 수 있다.

오늘날의 교정 시설에서 요구되는 관리 중 밀수, 폭력, 수감자와 교도관의 안전은 일상적으로 다루어야 하는 문제 중 일부에 지나지 않는다. 따라서 비디오 보안이 질서를 유지하고 안전한 작업 환경을 보장하는데 있어 더욱 중요한 역할을 하고 있다.

의료 시설은 갈수록 대형화되어 가고 24시간 진료를 제공하므로 다양한 유형의 보안 위협에 노출되고 있다. 의료 업계에서는 “의료 환경” 표준에 따라 보안을 확대 적용하도록 요구하고 있으나 환자, 방문객, 직원, 지적 재산을 보호하기 위해서 그들의 필요를 만족하는 적합한 툴을 결정하는 것은 각각의 개별 병원과 의료 기관의 책임이다.

카메라 설치

많은 시설의 경우 모든 범위에 걸친 완벽한 감시를 제공하려면 수백 대의 카메라가 필요할 수 있다. 감시 카메라는 통상적으로 24 V DC 또는 12 V DC 전원 전압으로 동작하며, 전력 레벨은 최대 25와트(W)이다. 12 V 또는 24 V 입력은 대부분의 경우 일반적으로 사용되지 않으므로 추가로 제공해야 한다. 대부분의 시설은 110 VAC 공칭(90~132 VAC) 또는 220 VAC(180~265 VAC)와 같은 AC 메인 전압을 제공한다. 뿐만 아니라 AC 메인 전압에서 동작하기 위해서는 안전을 위해 입력에서 출력으로 절연을 필요로 한다.

플라이백 컨버터는 수년 동안 절연 DC/DC 애플리케이션에 광범위하게 사용돼 왔지만 항상 설계자의 일차적 선택은 아니었다. 전원 설계자는 설계가 쉽기 때문이 아니라 저전력 절연 요구사항의 필요에 의해 어쩔 수 없이 플라이백 컨버터를 선택한다. 플라이백 컨버터는 잘 알려져 있다시피 제어 루프에 존재하는 RHPZ(Right-Half-Plane Zero)로 인해 안정성 문제를 갖는다.

이 문제는 광커플러(Opto-coupler)의 전파 지연과 노후화, 이득 변동 등으로 인해 더 복잡해진다. 이 밖에 플라이백 컨버터는 트랜스포머 설계에 상당한 시간을 필요로 하며, 이 작업은 통상 상용 트랜스포머의 선택 폭이 제한되어 있고 맞춤형 트랜스포머를 사용해야 할 필요가 있을 수 있어 더 복잡해진다. 그렇다면 전원 설계자는 어디에서 도움을 받을 수 있을까?

설계를 간소화하는 새로운 플라이백 IC

리니어 테크놀로지의 LT3798 절연형 플라이백 컨트롤러는 이와 같은 플라이백 컨버터의 많은 설계 문제를 해결할 수 있다. 무엇보다 LT3798은 광커플러, 2차측 기준 전압, 그리고 전원 트랜스포머에서 별도의 3차 권선을 사용할 필요가 없다. 1차측과 2차측 사이의 절연은 모두 절연 장벽을 통과하는 전원 트랜스포머인 단 하나의 부품에 의해 유지된다. 뿐만 아니라 LT3798은 컨버터에 능동 역률 보정(PFC)을 통합하고 있는 유일한 제품이다. 이러한 특징은 LT3798이 단일 컨버터에 절연 플라이백과 능동 PFC를 제공하는 단일 단 컨버터를 구현할 수 있게 한다.



LT3798은 플라이백 1차측 스위칭 노드 파형을 통해 출력 전압을 감지할 수 있는 1차측 감지 방식을 사용한다. 스위치 오프 기간 동안 출력 다이오드는 전류를 출력에 공급하고, 출력 전압은 플라이백 트랜스포머의 1차측에 반사된다. 스위치 노드 전압의 크기는 입력 전압과 반사된 출력 전압의 합이며, LT3798은 이를 재구성할 수 있다. 이 출력 전압 피드백 기법은 전체 라인 전압 입력, 온도 범위 및 부하 범위에서 전체 레귤레이션을 ± 5% 이상 향상시킨다. 그림 1은 LT3798을 이용한 플라이백 컨버터 회로도를 보여준다.

LT3798은 브리지 정류기에 인가되는 90 V부터 265 VAC에 이르는 입력 전압을 받아들인다. 생성된 DC 전압은 전원 트랜스포머에 인가되고, LT3798의 제어에 따라 스위칭 된다. LT3798에 들어가는 입력 전압은 각 100 k Ohm 저항 2개, D3 및 10 μF 커패시터를 통해 충전된다. 스타트업 후 LT3798은 다이오드 D2를 통해 전원 트랜스포머의 3차 권선에 의해 전력이 공급된다.

1차측 출력 전압 감지

LT3798은 트랜스포머 1차측에서 출력 전압을 감지하므로 광커플러, 기준 전압, 광 드라이버가 필요 없다. 그림 2에서 보는 것처럼 전력 트랜지스터의 오프 시간에 1차측 스위칭 노드 파형으로 출력 전압을 정확하게 측정한다. 여기서 N은 트랜스포머의 권선비고, VIN은 입력 전압이고, VC는 최대 클램프 전압이다. LT3798은 FB 핀의 저항 분배기 네트워크와 트랜스포머의 권선비를 선택하여 출력 전압을 설정할 수 있다.

경계 모드(boundary mode) 동작은 부하 레귤레이션이 크게 향상되는데, 이것은 다이오드 전류 제로 크로싱(zero-crossing) 시에 반사된 출력 전압이 항상 샘플링 되기 때문이다. LT3798은 ±3% 부하 레귤레이션을 달성한다.

트랜스포머의 선택과 설계 고려사항

LT3798을 성공적으로 적용하기 위해서는 트랜스포머 규격과 설계가 무엇보다도 중요한 요소이다. 누설 인덕턴스가 낮고 결합이 잘 된 고주파 절연형 전원 트랜스포머 설계를 다룰 때의 일반적인 주의사항들 이외에도, 트랜스포머 권선비를 엄격하게 제어해야 한다. 트랜스포머의 2차측 전압은 1차측에서 샘플링 되는 전압을 기준으로 하기 때문에 일관된 출력 전압을 보장하기 위해서는 권선비를 엄격하게 제어해야 한다. 트랜스포머와 트랜스포머 사이의 권선비 허용오차가 ± 5%이면 출력 전압에서 ± 5% 이상의 변동을 일으킬 수 있다. 다행히 대다수 자기 부품(magnetic component) 제조업체들이 ± 1% 이내의 권선비 허용오차를 보장할 수 있다.

리니어 테크놀로지는 주요 자기 부품 제조업체들과 협력하여 LT3798에 이용하기 위한 사전 설계된 플라이백 트랜스포머를 생산해 왔다. 표 1은 Wurth Electronics, Coilcraft, Premo 및 Renco에서 권장하는 상용 트랜스포머 목록을 보여준다. 전체 목록에 대해서는 LT3798 데이터 시트에서 확인할 수 있다. 이들 트랜스포머 제품들은 1차측에서 2차측까지 1분 동안 1,500 V AC의 내압을 견딜 수 있다. 이보다 높은 내압을 갖춘 맞춤형 트랜스포머를 이용할 수도 있다.



표 1에 표시된 트랜스포머 중 어느 것으로나 리니어 테크놀로지의 무료 LTspice™ 다운로드 시뮬레이션 프로그램을 이용해서 LT3798을 모델링 할 수 있다. 시뮬레이션 회로는 회로가 어떻게 스타트업 하는지에 대한 정보, 부하 스텝에 대한 응답, 회로 내의 각기 다른 지점에서의 전압 파형을 포함한다. 손쉽게 설계 변경을 하고 이러한 변경이 회로 성능에 어떠한 영향을 미치는지 간편하게 확인할 수 있다.
그림 3은 LT3798을 이용한 데모 보드를 보여준다. 이 회로는 90 V부터 265 V에 이르는 입력 전압을 받아들이며 최대 2 A로 절연 24 V를 생성한다.

결론

절연형 플라이백 컨버터 설계는 결코 간단한 작업이 아니지만, 이제 모듈이나 복잡한 디스크리트 구현을 이용하지 않아도 된다. LT3798 기반 회로는 광커플러, 2차측 기준 전압, 광 드라이버를 필요로 하지 않으므로 설계를 간소화한다. 절연 장벽을 통과하는 단 하나의 부품만 사용하면 1차측에서 2차측 사이의 절연을 유지할 수 있다. 또한 상용 트랜스포머를 간편하게 이용할 수 있으므로 맞춤형 트랜스포머를 사용할 필요가 없다. LT3798은 90-265 VAC 입력 전압 범위로 동작하며 최대 80와트(W)의 연속 출력 전력을 공급할 수 있으므로 다양한 유형의 보안 카메라 애플리케이션에 이용하기에 적합하다.