使用旁路二极管安全栅的HART现场总线本安系统设计

设计一个本质安全的直流回路系统仅需要考虑是否有足够的电压提供给现场设备。当然，齐纳栅电阻、负载电阻以及所有导线电阻都必须考虑在内。

当我们要设计一个使用旁路二极管安全栅的本质安全系统的时候，另有两个条件也必须得考虑在内：

• 提供的电源电压必须减去0.7V，以确保HART波形的完整性，同时又达不到齐纳栅的导通电压。
• 负载电阻必须至少达到230 Ω (通常情况下为 250 Ω) 。

考虑到变送器的最小工作电压（通常为10–12 V），要达到这两个要求是比较困难的。回路电流必须设计能够达到22mA的输出（而不仅仅是20mA），保证现场设备因为超量程等故障报警时能正常通信。齐纳栅的等效串联电阻大约为340 Ω 。变送器的实际工作电压，可以通过以下公式进行计算：

Power Supply Voltage – (Zener Barrier Resistance + Sense Resistance) × Operating Current (mA) = Available Voltage

Power Supply Voltage： 电源电压

Zener Barrier Resistance： 齐纳栅等效电阻

Sense Resistance： 回路测量用串联电阻

Operating Current： 工作电流

Available Voltage： 变送器的实际工作电压

例如: 26.0 V – (340 Ω + 250 Ω) × 22 mA = 13.0 V

所有线缆的电阻值也要被计算在串联电阻之内，它们会分去一部分电压。另外，加在齐纳栅上的电压必须低于齐纳栅的导通电压。例如，一个28V，300 Ω的齐纳栅，通常使用26V电源供电。

如果无法使用旁路二级管栅去按照以上两个要求组网，可以尝试使用以下两种方法去解决：

1. 在负载电阻两端并联一个大电感。这样在通信频率（HART信号）时，负载电阻依旧有很大的阻抗。而在直流时，等效的电阻值就会变得很小。这种方法实现起来不是很方便。
2. 不使用旁路二极管栅，而使用一个本安隔离栅。一般情况下隔离栅会标示出20mA条件下的危险侧输出电压（通常为14－17V）。这个值已经除去了内部等效电阻所分去的电压部分，因此其余的电压损失来自于导线电阻。当系统运行在22mA时，这一电压需要减去与20mA时的压差，约为0.7V（340× 2 mA）。