隔离式安全栅设计的一些体会

　　1前言

　　隔离式安全栅是一种运用于石化、冶金、电力等一些易爆危险场所的电子关联设备。使用安全栅可以避免仪表产生电火花、过高仪表表面温升，从而防止爆炸事故发生。隔离式安全栅可以使提供给现场仪表的电能量限制在不足以引起爆炸的范围内，消除引爆源、杜绝工业爆炸事故。

　　本文就隔离式安全栅在满足产品基本功能要求的基础上，介绍了其基本工作原理，并着重就应在抗干扰性、过流保护、防静电及雷击等方面加以注意的问题进行说明。

　　2隔离式安全栅的基本工作原理

　　隔离式安全栅将信号通过变压器祸合不失真地传送，并在本质安全侧进行电能量限制(限压、限流)，以消除引爆源、防止易爆环境的工业现场爆炸事故。本文以GS8000-EX系列本安型隔离式安全栅(变压器祸合方式，电源、输入、输出隔离)为例进行阐述。

　　在该产品设计中，限压限流电路、方波发生器(CD4047)、电源变压器TR1(直流电压祸合及产生调制解调脉冲信号)、信号祸合变压器TR2，是隔离式安全栅设计的重点。

　　2.1基本限能(限流限压)电路

　　图1中，电路通过采用串联具有高分断能力的快速熔断器F和功率电阻R限流，并联冗余齐纳二极管Z限压，使安全栅在本质安全侧能达到限制电能量、符合国家Ex (ia) B C工作标准的目的。

　　2.2藕合变压器

　　根据对能量藕合和阻抗变比不同要求，藕合变压器一般可分为电源变压器(TR1)和信号变压器(TR2)两种(也有将二者合二为一的，如:德国P+F公司的KFDO-SCS-Ex1.55无源隔离式安全栅)。

　　GS8000-EX系列隔离式安全栅的电源变压器负责将需要回路供电的直流电源经过调制解调后为本安侧和非本安侧供电，同时产生两组相位和幅值相同的方波信号来提供给本安侧和非本安侧作为调制解调信号;信号变压器将4}20mA模拟信号进行隔离传送。

　　其中调制解调信号和变压器是设计的关键:通常，调制解调频率越大、藕合失真越小，但是受漏感、分布电容的影响功耗也相应增大。

　　隔离式安全栅有时需要能进行HART信号传送，为了保证HART信号传送的不失真，就应选择合适的调制解调频率(HART信号的‘`1”表示为1200Hz, "0"表示为2200Hz )o

　　为此选择了220KHz的调制解调频率，其保证了模拟信号和HART信号的不失真传送又不致使隔离式安全栅的电源变压器功耗过大，这样对藕合变压器的设计要求就非常高了。

　　采用两组绕制在电源变压器同一铁芯上的完全相同(匝数、电感系数、绕线方式.漏感和分布电容等)的线圈，得到幅值、相位相同的调制和解调信号。