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

有些机构建议将 VOC 电压降低 10%，ISC 电流降低 33%。在标准 (IEC 60079-11，10.1.4.2) 中安全因素这部分说明了这一点。计算出串联限流电阻器的值仅为 VOC /ISC = 20/0.4 = 5?。在电路运行或出故障时，该电阻器必须消耗的功率是 VOC • ISC、 (ISC)2/R 或 (VOC )2/R 中最高的那一项。简单的计算显示，甚至少量的功率也可能需要实际上很大的限流电阻器。最后的注释：标准规定，根据实验和分析数据，T4 (135°C) 温度代码自动给予任何使用 1.3W 或更低功率的电路。

用LT4356 浪涌抑制器作为本质安全势垒
LT4356 系列的过压/过流限制器是以最少组件数目和浪费最少功率的方式设计有源保护势垒的卓越选择。认识到这一事实，凌力尔特公司以 16 引线 SO 封装提供该 IC，该封装引脚间隔足够大，以避免在密封时有不可数的故障，将该设计置于不利地位。对于高达 10V 的电压来说，有些标准要求 1.5mm (59.1 密耳) 的距离间隔，而对于高达 30V 的电压则要求 2.0mm (78.7 密耳)。在 2006 79 系列标准之前，要求该 IC 密封，以满足这些要求，因为 16 引线 SO 封装的引线间隔为 50 密耳 (1.2mm)，不过密封增加了一个优点，即提高了对电路中任何有关组件的热限制。

然而，当仪器被封入外壳之中以满足侵入防护标准之后，协调标准IEC60079-11的最新版本 (2006年7月第5版) 极大地降低了印刷电路板上的这些距离要求。这些被称为 IP 等级的标准用于防范灰尘或潮气的侵入，并由此来保证一个2级或更低的污染级别。其概念是：电路板所处的环境越清洁、越干燥，则电路板的CTI（比较漏电起痕指数）越低，出现漏电流的可能性就越小。因此，对于Class I环境，79-11标准的附录F仅允许 0.2mm 的距离 (一直到高达50V的电压条件)。由于至少大多数仪表都是封闭式的，所以设计师理应采用具有高IP等级 (IP67或IP68) 的外壳，以避免进行密封处理的需要。除非必需实施密封以满足热限制指标，否则将能够最好地消除其成本和相关问题。

图 5 是 LT4356 IC 的简化方框图。LT4356 连续监视电流和电压，如果发生故障，就迅速断开串联的通路 MOSFET。电流和电压限制都由外部组件设定，因此可以非常容易地改变限制值。电流并联电阻器和电压反馈电阻器应该绝对可靠，以通过认证。通常，反馈电阻器可以任意大，以使输入电源直接短路到反馈电阻器的 MOSFET 故障不会引起大的功耗。

图 5：LT4356 的简化方框图

尽管如此，有两个注意事项却是适宜而有效的。第一个注意事项是：有源器件 (可控半导体) 可以在Ex ib场合中使用，以提供功率限制 (热点火) 而不是火花点火保护。请参见上述标准中的7.5.2和7.5.3段落。有些解释可能允许在Zone 0中使用有源势垒，但仅以三重的形式。第二个注意事项是：当采用任何IS势垒时，即使对于Ex ib (单个故障) 应用而言，势垒失效也常常会在势垒的下游导致不可数的热故障失效。因此，为了防止其中的某个势垒发生故障，需要提供冗余度。

LT4356提供了两个串联传输晶体管，通常用于提供反向极性保护。针对极性反转的保护在"有可能发生这种情况"的场合中是必需的。虽然采用单个二极管即被认为可以满足该要求，但使用两个传输晶体管则提供了避免发生可数故障的更佳保护，且不会产生显著的电压降。
 

图 6：冗余通路晶体管

对于 Ex ib 环境来说，检查者可以用单个可数故障从内部短路 IC 上的所有引脚，以分析因此而产生的故障。尽管恰当地规定了额定值的冗余齐纳二极管可以放置在 LT4356 的输出端，以提供电压限制，但是在任何足以认为重要的功率级，与规定这些齐纳二极管的代价和困难相比，简单地复制整个势垒都更有成本效益。请注意，对于 Ex ia 应用，需要三重或两重具有一个绝对可靠串联电阻器的势垒，以满足双重故障分析规则的要求。
从这里开始，我们假定，间隔和热量上升、组件额定值、PCB 焊盘宽度和冗余规则都得到了遵守，而且电路不可能因可数或不可数故障而失效。剩下的问题就是火花点火能量。从这个意义上来说，视应用的不同而不同，可能最终发现 LT4356 是没有用的。
LT4356通过关断传输晶体管来对电流和电压故障做出反应。不过，由于它所执行的关断操作并不是瞬间完成的，因此将有少许能量通过势垒喷出。在上述标准中，这被称为"允通能量"，并且经常采用示波器测量和/或试验室中的实际火花点火测试对之加以评估。如果该能量足以引燃实验对象气体，则势垒没有通过合格性验证。可接受的允通能量汇总于表3。

表3：IEC/NEC气体组所允许的允通能量

试验台测试表明：