1 引言——本安型电源
连接于工业总线上的现场设备和仪表需要一个供电电源，供电电压的大小取决于应用的需要。本安型总线的电源可以是带本安输出的电源或带有隔离器的非本安电源。为避免干扰，所有电源必须遵守国际标准及表1中规定的电气特性。电源的输出端子必须有清晰的“＋”和“－”标志。尽管标准中没有特别规定电源对地的绝缘要求，但不允许不对称接地。也就是说必须保持两路输出对地的对称性，必须遵照NAMUR的“抗干扰要求”确保电磁兼容性。
表1 电源的电气特性
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非本安型
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本安型，P<1.8W
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本安型，P<1.2W
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直流供电电压
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≤32V
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≤17.5V
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≤24V
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波动，噪声
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≤16Mv
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≤16mV
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≤16mV
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输出阻抗
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≥3kΩ
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≥400Ω
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≥400Ω
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不对称阻尼
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≥50dB
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≥50dB
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≥50dB
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1）与FISCO一致，电源输出特性为二次方曲线或梯形曲线
2）电源供电或有线性特性曲线的电池
3）频率范围为7.8～39kHz.否则参见IEC61158-2
4）带集成终端电阻：100Ω＋2％。建议给每个电源提供一个终端电阻。
5）如需要应含有电池
6）标准中没有绑定的技术说明，但需要此项功能
7）在准备这些技术说明时，IEC61158-2标准的附加部分同时指明了输出阻抗的限制值
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给危险区的设备供电，可以把一个本安输出电源连接到总线上代替非本安型电源加隔离器的方式。该设备通常安装在安全区的控制室内。根据欧洲EN50020标准称为相关电器，尽管其本身不能防爆，但它能生成一条进入危险区的本安型电路。
除了IEC61158-2标准的要求外，本安型电源也必须满足德国国家标准中关于安全的规定。如果电源安装在危险区，必须另外提供标准类型的防爆等级保护。例如：安装在防爆等级为“密封防爆d”的外壳内。
本安型电源可以集成在现场总线器件中。安全所要求的电压/电流取决于电源的保护类型（即“ia”或“ib”）。根据欧洲标准总线电源作为“相关源”必须有认证，且必须指明电源符合FISCO 模型。除了常用的技术数据（如空载电压，短路电流，功率及特性曲线）外，认证还须包含配置现场总线的主要技术规范。
2 “ib”型本安现场总线电源
既然供电电源的输出电流回路对于直流应为低内阻，就应考虑使用带电压调节器和有源电流控制的供电电源。例如：使用频率负反馈法实现在信号频率范围内使内阻大于等于400Ω。这种电源的理想输出特性（即电流/电压特性）曲线为平方曲线，如图1和图2所示。当输出电流增加时，输出电压在电流达到一个规定值前保持不变。
当供电电压非常低时，就必须考虑总线上的电压降和现场设备能够运行的最小电压。13.5V是一个实用的折中方案。因为要考虑所有的裕度和0.5V的信号幅值，一个电源的最大安全值也总是大于额定输出值。既然这里必须考虑限压元件至少有1V的裕度和假设500mV的信号电压值，为实现本安需要选择15V作为Uz值。根据现有的防爆曲线或试验结果对于特定的防爆等级可计算出允许的电流值。PTB的报告W-39说明IK=128mA对于ⅡC组是可行的（氢作为校验气体）。
在PTB研究PA总线期间，首先假定13.5V为输出电压。因为较高的电压将限制电源的选择。带有二次方输出特性曲线电源的爆炸限制曲线表明了当电压升高时允许的仪表耗电功率将显著降低。
3 “ia” 型本安现场总线电源
对限流电源，必须根据EN50020标准的“ib”对其进行认证。不过由于除了德国外其它欧洲国家如意大利和英国等都愿意使用“ia”作为本安电路的标准，因此FISCO模型也描述了一种相应的电源装置。它不仅满足本安型“ia”的要求，同时也使用固定阻值+稳压二极管的电路替代限流回路以满足内部最小电阻的需要。如图3所示。
一个符合“ia”的电源应包括下列与安全有关的开关元件：U0=34V 的电压源，R=158Ω的固定电阻以及UZD=15V（最大值）的稳压二极管。这样的电路有梯形输出特性曲线如图4所示。电源的大致运行值如下：
U=13.5V；I=120mA；P=1.7W
这些运行值与带限流的“ib”型电源类似，使用两个电阻串联尽管会有帮助，但需要注意以下两点：
①串联电阻要求较高的负荷容量。
②串联电阻运行时增加的功率损耗。
输出短路时
取1.5的安全系数，电阻上的功耗为11W。
稳压二极管的最大功率损失考虑：出于安全因素，稳压二极管应预留2.7W的最大功率损耗。可以采用两个二极管串联的方法。
通信设备可以部分或全部从总线上获取电能。当包括本安设备时，总线接口需要由总线供电。当使用辅助电源给设备供电时，相对于总线远程供电可以称之为现场本地供电。
4 对地绝缘
IEC61158-2标准要求所有在现场总线上运行的设备必须对地绝缘，对于本安型设备在标准的5.7节中，要求本安电路与接地部分的有效绝缘电压必须是本安电路电压的两倍，至少为500V。对于某些特殊设备，为了满足抗干扰要求可将所有的现场设备和仪表进行绝缘，这里需要注意的是IEC61158-2 标准要求的总线两端与地之间的电容差应小于250pF。如果设备运行时某一部分有接地要求，那么这部分与现场总线之间就需要电隔离。可以由仪表专工决定绝缘的位置。由于靠近总线作绝缘时电容差非常小，所以在总线接口和曼彻斯特编码器/解码器之间进行绝缘相当有效。
当使用总线供电设备时，电隔离必须同时覆盖信号发生源（如电容，电感或光纤）和现场设备的电源。现场本地供电的设备不需要DC/DC 转换器。这种情况下只有仪表的连接端需由总线供电而其它部分可由第二条电路供电。如果该电路符合本安要求，则 500Vd的绝缘电压可满足绝缘的需要。非本安型电路的绝缘电压必须大于1500V。此外，还必须满足EN50020（导电部分的绝缘）标准中的要求。
如果本安电路对地有接地电容（即在总线上有电容干扰抑制过滤器），则必须符合电容绝缘的通过专门认证的相关指南。反向供电除了每段一个供电设备外，即使在总线发生短路时FISCO模型也不允许本安型总线设备对总线进行反向供电。通过在输入电路中连接两组（对EExib型来说）或三组（对EExia型来说）硅或肖特基二极管可实现此要求。
当这些二极管的漏电电流小于50μA时（在允许温度范围内达到最大反向电压），现场设备仍符合FISCO模型标准。通常应提供二极管制造说明书用作附加的安全保障。然而，对这些测量的最终结论应由检测机构进行安全测试并对特殊现场设备进行认证后得出。
5 结束语
本文在研讨本安型电源电气特性的基础上，精简阐述“ib” 型本安现场总线电源与“ia” 型本安现场总线电源输出特性，分析了IEC61158-2标准为什么要求所有在现场总线上运行的设备必须对地绝缘。