浪涌抑制器IC简化了危险环境中电子设备的本质安全势垒设计

从电子仪器设计师的角度来看，非简单的本质安全仪器分为 Ex ib 或 Ex ia 类，Ex ib 可以有一个可数故障，而 Ex ia 可以有两个可数故障。可数故障指的是，检查者为分析热和火花点火故障的保护效用而强加的任意故障。不可数故障不是因组件故障而发生，而是由于电路间隔问题，如距离/空隙、不恰当的组件电压/电流/功率额定值或元件构造。确保所选择的组件和电路布局不含有任何不可数故障是设计师的责任，否则单是由于这些问题，设计师就有可能拿不到认证证书。

在检查对标准的符合情况时，评估者可以使一个 (Ex ib) 或两个 (Ex ia) 保护组件出故障，并探究这些故障对安全性的可能影响。如果这些故障不降低该电路的安全特性，那么就授予该仪器适于在危险环境使用的认证证书。参见表 2，一个 Class I、Division 1、Group IIC、T6 认证证书允许仪器在任何危险环境中运行，包括 ATEX Zone 0 区域。显然，Ex ia 是最难获得的认证证书，制造商应该在为此安排费用前，先决定是否必须有这种级别的保护。大多数应用仅需要 Class I/Div 1 或 2 (Zone 1) 认证证书。

势垒的概念
用于将功率/电压/电流限制于适合特定环境安全水平的势垒必须减少危险地点和非危险地点之间的任何功率或信号流动。此类势垒在上述标准中被称为"关联仪器"。一个含有保护元件的本质安全 (IS) 势垒位于非危险区域中，并向位于危险区域中给经过IS鉴定的设备 (包括"简单仪器") 输送功率，认识到这一点是很重要的。这两部设备均必须符合IS规则。这就是说：对于一个本质安全型防护 (防爆标志：Ex ia) 认证，两部设备均必须通过双重故障的检验，并保持免于点火的安全性 (如图2所示)。设备的正确或商业化运作与审查者无关，只要它是安全的就行。

图 2：隔离/保护势垒位置

在获得符合性的过程中，势垒的概念是一种功能强大的工具。显然，图2中的非危险区域势垒必须对提供至危险区域中的IS设备的总可用功率加以限制。然而，在危险区域设备的内部也可以存在多个势垒。内部势垒可用于进一步限制输送至设备内部分支电路的功率，以防止施加多个可数故障。

广义而言，保护性元件要么是串联型，要么是并联型。限流电阻器是最常用的串联保护元件，而限压齐纳二极管则是最常用的并联保护元件。当组合起来使用以限制功率时，保护性元件被称为势垒。在其内部保持了真正电流隔离的势垒被称为"隔离器"。隔离器的实例包括变压器、容性耦合器和光耦合器。然而，隔离器并不提供DC功率或传输DC信号，且与本文所进行的讨论无关。有关采用电阻器或二极管来隔离储能元件 (以提供火花点火防护) 方面的内容，我们将不做深入研究。不过，相关标准中对此有具体描述，而且它是一个与电流隔离器截然不同的概念。
 
安全组件与势垒设计
根据用来设计势垒的组件，势垒可以分为无源的或有源的。无源势垒有概念简单、易于设计和市场上有现成供货的优势。不过，受保护区域的仪器必须承受势垒强加的电压负担并仍然正常工作。无源势垒能效不高，而且笨重。如果必须向现场设备传送任何显著超过几毫瓦的大功率，那么安全组件就变得非常大。

有源势垒在效率和组件尺寸上有极大的优势，但是设计一般较困难，而且生产也可能较昂贵。此外，这样的势垒一般是不容易重用的定制设计。有源势垒最大的劣势不在于概念，而在于官僚主义。分析这种势垒设计的检查者对常见的无源设计极其熟悉，也许在认可有源设计之前要求真实的火花测试 (由你付费)。不过，正如我们将看到的那样，LT4356 系列浪涌抑制器 IC 可以用来设计有源势垒，而且该有源势垒的参数可以非常容易地改变，以快速提供定制势垒。因为一旦一个有源设计获得认可而基本电路拓扑不改变太多，当仅改变其组件值时，它就可以更轻而易举地获得认可。如果本质安全仪器供应商在采用几个本质安全势垒设计，那么将极大地提高能效、减小势垒尺寸并降低成本。

在一种用于关联仪器 (势垒) 的无源设计中 (向该现场仪器提供 DC 功率) 运用 3 个经过实用验证的无源器件来实现保护：保险丝、电阻器和齐纳二极管。给这些器件的参数加上 1.5 或 1.7 的安全系数。此外，对于 "ia" 保护级别的双重故障保护来说，多个冗余组件是必要的。图 3 显示了最常见的无源势垒设计的一个例子。

图 3：简单的无源组件势垒

只有齐纳二极管可以限制开路电压，只有电阻器和保险丝可以限制电流。保险丝由于反应时间慢，因此不被看作是一个火花点火能量限制器件。在所有情况下，这些器件都消耗功率，必须正确规定其额定值。实际上，齐