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

即使对于Ex ia热点火应用而言，LT4356也是绰绰有余的。试验台测试是用一个稍作修改的 LT4356 评估版 DC1018A 进行的。配置原理图如图 7 所示。反馈电阻器的选择考虑了特定于本质安全的 9.9V 电压限制，电流检测电阻器的值改变为允许 300mA 电流限制。过压和过流限制性能也进行了测试。电压限制用一个从 0 到 15V 的输入步进变化来评估。而电流限制用如下方法评估：通过一个由 5V 方波驱动的低 RDS(ON) MOSFET 加上一个到输出地的直接短路。
 

图 7：稍作修改的 DC1018A 评估版原理图

该 IC 系列利用故障定时器提供一些故障恢复选项，视应用的不同而不同，本质安全仪器的设计师可以利用这些选项，不过这里不讨论这些选项。评估版上启动的自动故障复位处于启动状态，以进行测试。
图 8 显示的是，当用一个 15V 电源和一个 9.9V 箝位限制给评估版加电时，电压箝位过程的示波器波形。故障复位定时器的运作方式是显而易见的。

图 8：过压故障运作方式

更重要的是，图 9 显示了电流故障的运作方式。它显示，当通过接通负载 MOSFET 以加上短路故障时，电压在不到 6us 的时间内箝位到地。通道 1 是触发脉冲，通道 2 是势垒输出电压。尽管没有显示，但是电流也在下降，只是不像电压下降那么快。电流的转换率取决于电源源阻抗、电路电感和 MOSFET 栅极电容以及其它一些变量。总之，设计师应该使用尺寸尽可能小的 MOSFET 芯片，而且，使用一个与势垒输出串联的低值电阻器，以保持低于火花点火门限，这也许是必要的。

图 9：过流故障运作方式

为了正确计算允通能量，功率曲线必须由电流曲线和电压曲线得出，然后再随着时间推移集成。火花点火测试只在没有打开仪器机壳时，对可能断开的接头进行，也就是设备势垒本身之外和设备外围的电缆或连接器。检查者也许断开电缆或连接器，以测量火花点火的可能性。在机壳内，只有热点火可能性必须评估。

结论
所有希望向那些有可能存在爆炸性危险的市场和环境出售设备的供应商都必须遵循这样一些设计规则，它们的运用将使得设备在此类环境中的运作具备非易燃性。这就是说：设备绝对不能提供热点火源或火花点火源。目前有几种用于提供此类保护的标准方法，但是对于电子仪表来说，优选和成本最低的方法往往是"本质安全"。用于对工作于爆燃性空气环境中的电气设备进行管制的国际标准繁杂费解，而且在许多场合中对有关实现符合性所需设计方法的描述显得含混不清。在当今这个人们广泛拥有安全意识的世界里，政府和市场都要求对仪器进行与有关标准的相符性认证。认证工作由多家被称为"美国国家认可测试实验室" (Nationally Recognized Test Laboratories) 的管理机构负责实施，在颁发证书之前将进行全面彻底和详尽的分析。
通过恰当的保护势垒设计，能够非常容易地获得适用于本质安全环境的仪器认证证书。尽管无源势垒设计简单，但是当正确运行需要几毫瓦以上的功率时，它们在尺寸和费用上造成了很大的不利。有源势垒可以实现安全运行，同时提供几瓦的能量，但是设计规则更复杂。

如果遵循了基本规则，那么诸如 LT4356 等集成电路使有源势垒设计获得认证容易得多。就限制可能引起热点火的功率而言，LT4356 系列电压/电流箝位的卓越响应时间是满足法规要求的关键。如果也用 LT4356 限制火花点火，那么需要细致的设计，还可能需要更快的箝位。

本文没有叙述包括符合标准要求的势垒设计所需的所有细节，本质安全设计师仍然需要详细研究适用的标准。不过，现在已经可以获得为通过认证做好准备的有源势垒，从而给设计师及其所在公司进入在这之前相对封闭的市场带来了前所未有的机会。