现有的处于危险场所的现场总线本质安全系统只考虑故障发生后切断电源,减小电弧能量的来源,而储能元件中的残余能量同样可能影响其本质安全性,因此需要针对残余能量的计算和影响开展理论与试验研究。由于应用于现场总线本质安全系统中的开关电源数量巨大,直接影响到系统的本质安全,而开关变换器作为开关电源的主要构成部分,所以需要针对Buck、Boost、Buck-Boost这三种开关变换器同时考虑电缆长度以及负载性质,对其残余能量的问题进行理论分析和仿真试验验证。首先对于Buck开关变换器处于DCM和CCM两种工作模式下的残余能量分析,得到了残余能量最大值与电路中参数的关系,其次对于Boost和Buck-Boost电路在CCM工作模式下的残余能量计算公式进行分析,得到的三种电路最大残余能量与各参数之间的关系,并进行了对比。三种开关变换器残余能量的计算公式的完善和对比为分析电路的安全性和设计本质安全电路提供了一定的理论支持。然后,分别计算分析出三种开关变换器连接电缆发生故障后残余能量与电缆长度的关系,可以得到残余能量最大值所对应的电缆位置,以便提前做好预防措施,快速切断故障,更好地保证现场总线系统的本质安全性能。并更新了IEC60079—11标准中三种开关变换器连接本安电缆“L0/R0”的公式,能够更好地保证系统的本质安全。最后,针对于Buck开关变换器在CCM工作模式下连接四种不同长度的电缆时进行试验,经过仿真和试验验证得到残余能量在一定条件下存在最值。其次还对于Buck电源在连接阻性负载和感性负载进行了仿真和试验,发现连接不同性质的负载时残余能量随电缆长度的变化规律不同。本文通过对三种开关变换器以及通过电缆连接负载后残余能量的研究和分析,找到了残余能量与电路参数、电缆长度的关系,对于提高现场总线的本质安全性提供了理论依据。