数字隔离器可应用在本质安全应用中

Mark Cantrell ADI公司

对于设备信号输入和输出方面的困难,本质安全 (IS) 设备设计师了然于胸。有些新技术拥有诱人的特性,可以使设计变得更小、更简单、功耗更低、速度更快或者四者兼而有之,但是由于IS安全标准的要求,我们根本不知道能否以及如何使用它们。

简介

如果你并不熟悉本质安全 (IS),相关术语和概念可能使你不知所措。本质安全似乎是一个独立的电子设计世界,需要一些时间才能了解相关的术语和世界观(此处为双关义)。我们先来回顾一下本质安全隔离器组件背后的主要概念。本质安全就是关于易燃环境和粉尘的安全问题。主要概念是要从设计上确保不因能量产生火花,保证在可以设想的每一种故障场景下,绝缘机制都能安然无恙。IEC 60079-11中规定的全部测试和设计要求其实都是为了实现这两个目标。该标准实现安全的方式是对表面沿线
的厚度、距离等绝缘属性提出强制性规定。这是实现绝缘安全的常用方法,但所选安全裕度比IEC标准的典型做法要保守得多。

本质安全世界分为两个区域:粉尘和气体形成危险条件的本质安全区,世界其余部分(即非本质安全区)。在本质安全区内,能量受限,工作电压范围为24 V至60 V;电流也受到限制,处于安全特低电压 (SELV) 范围。在该环境中,组件必须能消耗系统可为其提供的最大能量且不产生火花或燃烧。可以通过几种方式实现这一目标。一种方法是制造结实耐用的组件,使其能消耗大量能量而不发热。另一种方法用分立元件保护输入和输出,这些分立元件会把能量限制在器件能承受的范围以内。一般地,限幅组件由一个用于限压的齐纳二极管和一个用于限流的保险丝或电阻构成。如果你考虑设计一个组件不多的现代系统,结果可能是每个有源元件周围都有大量的无源元件。你我所在的非本质安全区的线路电压在100 V至250 V之间,并且可能有无限的电流。要做到安全,隔离器件就必须能承受线路供电故障,并且不能使其绝缘机制失效或者导致会影响到本质安全区的电弧火花或燃烧。这意味着要采用超级鲁棒并且能应付高能量故障的接口和保护器件。鲁棒的保护器件甚至会采用更多、更大的组件,占用更多的电路板空间。

详文请阅:数字隔离器可应用在 本质安全应用中

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