一、两套参数,六个数
本安系统的能量边界由两套参数描述:
关联设备(输出侧): - Uo:最大开路输出电压; - Io:最大输出电流(短路电流); - Po:最大输出功率; - Co / Lo:最大允许外部电容 / 电感。
本安设备(输入侧): - Ui / Ii / Pi:最大允许输入电压 / 电流 / 功率; - Ci / Li:设备内部等效电容 / 电感。
匹配规则一句话:Uo≤Ui、Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Ci+Cc、Lo≥Li+Lc(Cc/Lc 为电缆分布参数)。
左右两块铭牌样式卡片(关联设备 vs 本安设备),五组箭头一一对应,标注"≤"或"≥"方向与电缆参数 Cc/Lc 的加入位置
二、点燃曲线法:附录 A 的核心工具
GB/T 3836.4-2021 附录 A(规范性)给出了用参考曲线和数据表评定本安电路的方法:
- 图 A.1 / A.2:电阻性电路的最小点燃电流-电压参考曲线(IIC / IIB 分列);
- 图 A.3 / A.4:电容性电路的电压-允许电容参考曲线;
- 图 A.5 / A.6:电感性电路的电流-允许电感参考曲线;
- 表 A.1 / A.2:对应的数据表形式。
评定的三步法(附录 A.2):
- 确定最坏实际情况:考虑元件容差、供电电压波动、绝缘故障和元件故障;
- 施加安全系数:按 10.1.4.2 的规定,对电压限定型电路取 1.5 倍电压、电流限定型取 1.5 倍电流(ia/ib 适用);
- 查曲线核对:用加严后的参数对照参考曲线/数据表,判定电路是否在点燃边界以内。
一条典型电阻电路点燃曲线(纵轴电流、横轴电压),标注:工作点→乘 1.5 加严→新点必须落在曲线下方安全区;安全区用浅绿色填充
注意曲线的适用范围:附录 A 明确提醒,参考曲线和数据表仅适用于简单电路(线性、单一特性的电路)。许多实际电路具有非线性输出特性,不能用曲线直接评定——这也解释了为什么火花试验装置仍是最终裁判(10.1)。
三、最坏情况取值:容差与故障叠加
计算 Uo/Io 的灵魂是"往最坏方向取":
例:齐纳栅输出电压 齐纳二极管标称 15V、容差 ±5%、电源波动 +10%: Uo = 15 × 1.05 × 1.10 ≈ 17.3V,而不是 15V。
例:限流电阻决定的短路电流 Io = Uo(max) / R(min),其中 R 取电阻的下偏差(如 ±1% 精密电阻取 0.99R)。
四、电子限流源:别忘了"打折条款"
这是本安计算里最隐蔽的坑。附录 A 特别指出:
也就是说:对于晶体管/集成电路构成的有源电子限流电路,不能直接拿短路电流去查曲线——要按曲线值的 1/5 来核算,或依靠火花试验验证。设计有源本安电源/隔离栅时,这一条直接决定限流值能设多大。
同一点燃曲线上两条评定位移:电阻限流源直接按短路电流查点;电子限流源标注"曲线值×1/5 后再核对",红色警示框强调
五、电缆参数:挤占预算的"隐形元件"
连接关联设备与本安设备的电缆自带分布电容 Cc 和电感 Lc,它们占用 Co/Lo 的预算:
- Cc = 电缆单位长度电容 × 长度(普通仪表屏蔽电缆典型约 200pF/m);
- Lc = 电缆单位长度电感 × 长度(典型约 1µH/m);
- 判定式:Ci + Cc ≤ Co 且 Li + Lc ≤ Lo。
反过来的工程用法是算最大允许电缆长度:L(允许) = min[(Co−Ci)/Cc′, (Lo−Li)/Lc′]。实际项目里,电容通常是先触顶的那一项,长距离回路要选低电容电缆。
安全栅—电缆—变送器的回路图,电缆段放大显示分布 C/L 链,两端标注 Ci+Cc≤Co、Li+Lc≤Lo,底部给出"允许电缆长度"计算条
六、附录 A 原例演示:20V 电池 + 300Ω
附录 A.3 自己给了一个示范电路,我们照着走一遍,建立完整手感。
电路:IIC 电路,20V 电池串接适当安装的 300Ω 精密限流电阻作为电源,向一个 1100Ω / 100mH 的电感器负载供电。
评定一:电源本身是否本安 - 短路电流 Icc = 20V / 300Ω ≈ 66.7mA; - 施加 1.5 倍安全系数 → 按 100mA 核对电阻性电路参考曲线(IIC,30V 档); - 查曲线判定电源处于安全区 → 电源侧通过。
评定二:接入负载后的回路 - 回路总电阻 300+1100=1400Ω,电流 20/1400 ≈ 14.3mA,乘 1.5 → 21.4mA; - 电感 100mH(按最大值取),对照 IIC 电感电路曲线在该电流下的允许电感值; - 标准按"分别评定,再考虑连接负载的影响"处理,两个单项均满足则回路成立。
左侧电路图(20V 电池+300Ω+1100Ω/100mH 负载),右侧两幅小曲线图分别标注评定一(电源短路点)与评定二(电感支路工作点
这个例子的精髓在于"先评电源、再评负载、最后看组合"的分解思路——复杂电路的评定都是从这里长出来的。
本篇小结
- 两套参数六个数 + 匹配规则:Uo≤Ui、Io≤Ii、Po≤Pi、Co≥Ci+Cc、Lo≥Li+Lc;
- 评定三步法:最坏情况 → 1.5 倍安全系数 → 查曲线(附录 A.2);
- 齐纳管 10×(1+10%)V 要按 11V 算——容差方向永远取最坏;
- 电子限流源可能要按曲线值 1/5 核算,这是有源方案最大的坑;
- 电缆 Cc/Lc 挤占 Co/Lo 预算,先算出允许电缆长度再画回路。
下期预告:第 5 篇《元器件选型:可靠元件与可靠组件》——为什么有的电阻可以"信任"、有的电容天生不可靠?齐纳管为什么要用两只?下一篇见。
参考资料 1. GB/T 3836.4-2021 附录 A(规范性)、10.1、10.4、7.1 2. GB/T 3836.1-2021(温度评定关联条款)
免责声明:文中曲线数值为方法演示,实际评定请使用 GB/T 3836.4-2021 附录 A 正式曲线图与数据表。

