使用PPTC熱敏電阻KT250-180BF實現(xiàn)ADSL系統(tǒng)的過流保護(圖)
2005/11/15 16:07:09
上海科特高分子材料有限公司 供稿
非對稱數(shù)字用戶環(huán)線(Asymmetrical Digital Subscriber Loop 簡稱ADSL)技術(shù)采用了先進的調(diào)制技術(shù)，它可以連續(xù)的同時提供兩種通道：數(shù)據(jù)和話音（0～4kHz 頻段用來傳輸電話音頻，30kHz～1.1MHz 頻段傳送數(shù)據(jù)），使得在不影響正常通話的同時還可以傳送寬帶數(shù)據(jù)。基于上述特點，用戶上網(wǎng)時無需占用電話線進行撥號，不僅方便了個人用戶而且不受運營商信息傳輸通道阻塞的影響，可通過實時視頻傳輸進行商務(wù)、教學(xué)、就診等活動，因此目前正被廣泛的使用。
ADSL 使用了現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)，由一個分離器將寬帶數(shù)字信號從模擬話音通道中分離出來，然后進入調(diào)制解調(diào)器(見圖1)。ADSL 調(diào)制解調(diào)器分為局端ADSL(ATU-C)和用戶端ADSL(ATU-R)，用于處理運營商和終端用戶間的上傳和下行ADSL 信號。如圖1 所示：
由于現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)以銅質(zhì)為基礎(chǔ)，與之連接的ADSL 設(shè)備易遭受外界的電干擾，如AC 電力線觸碰、電力感應(yīng)、ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電和雷電浪涌等，導(dǎo)致過電流和過電壓。因此必須針對可能造成的破壞對局端和用戶端設(shè)備采取有效的保護措施。通常情況采用并聯(lián)一個保護元件進行過壓保護和串聯(lián)限流裝置進行過流保護。常用的限流裝置有：保險絲、金屬薄膜型熔斷器、CPTC、PPTC 等。實際應(yīng)用中，由于PPTC 器件集合了自復(fù)式功能、動作時間更快、耗損功率更小以及故障狀態(tài)下表面溫度更低等優(yōu)勢，使其成為廣受歡迎的解決方案。在ADSL 設(shè)備或關(guān)聯(lián)回路中使用PPTC 器件進行過流保護也成為發(fā)展的趨勢。
過流保護方案的比較
保險絲屬于一次性使用的器件，熱容較低，采用這種保護方案時，要選用的保險絲都具有一個非常高的額定電流值，通常是實際正常工作電流值的十倍甚至更大。故障情況下保險絲表面溫度升高，如果設(shè)備持續(xù)處于超正常工作電流的故障情況下，而該電流又沒能達到使保險絲快速熔斷的水平，那么保險絲的溫度就有可能超出允許的范圍，設(shè)備將處于極不安全的狀態(tài)。同時，大多數(shù)地方安全管理機構(gòu)對電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求中明確提出電信設(shè)備在發(fā)生過電流或雷擊事件時，必須滿足規(guī)定水平的耐受性。常見的方法是選用熔斷反應(yīng)時間較長的保險絲來提高耐受性，但保險絲對故障做出反應(yīng)所需要的時間越長，通過的能量(I2t)就越多，從而造成電子元器件損壞的可能性就越大。這樣一來，選用防雷擊的保險絲就存在較多的限制。PPTC器件具有可自恢復(fù)、精度高、可靠性高、熱容高、體積小等優(yōu)點。有實驗數(shù)據(jù)顯示，相同額定電壓和耐電流的PPTC器件過流保護元件與保險絲相比較具有動作時間快、動作后表面溫度更低、功率損耗更小等優(yōu)點。圖2是電信常用的保險絲與PPTC元件在相同故障電流下的動作時間的比較。
PPTC 熱敏電阻對信號傳輸?shù)挠绊?BR>
由于PPTC 熱敏電阻的使用，給系統(tǒng)帶來了附加的電阻值，因為擔(dān)心這種附加電阻值導(dǎo)致對信號傳輸率和距離的影響很多ADSL 設(shè)計人員不敢采用這種過流保護方案。事實上，線路中的輸入阻抗的確會由于PPTC 熱敏電阻的使用而產(chǎn)生小的變化，而且PPTC 熱敏電阻的電阻值增大時這種變化也會變大。但是，需要說明的是，此時線路中輸入阻抗增加的數(shù)值并不等于PPTC 熱敏電阻的阻值，這是因為輸入阻抗是與傳輸線路相關(guān)的參數(shù)，兩線同時增加的PPTC 熱敏電阻值是基本平衡的，所以在傳輸頻率范圍內(nèi)的輸入阻抗值保持相對不變。
根據(jù)有關(guān)媒體的報道，New Hampshire 大學(xué)的ADSL 協(xié)同實驗室對采用了PPTC 元件的ADSL設(shè)備的傳輸距離和傳輸速率等性能進行測試。其結(jié)果也表明使用PPTC 熱敏電阻帶入用戶環(huán)路中的附加阻值對于線路阻抗的影響非常輕微。雖然PPTC 熱敏電阻會給線路帶來某種程度的衰減，但衰減曲線（使用PPTC 熱敏電阻后信號衰減VS 頻率）顯示衰減僅影響低頻率段信號的傳輸，在ADSL的頻率范圍（26kHz～1.1MHz ）內(nèi)衰減曲線大部分是平直的，因而衰減的影響相對較小。實驗室提供的數(shù)據(jù)還顯示：線路長度在16000 英尺內(nèi)所測得的傳輸率與沒有使用PPTC 器件時的傳輸率并沒有明顯的不同。試驗中對所有條件均進行了測試，證實成功連接的最長線路長度達到17500 英尺。這一結(jié)論說明使用PPTC 器件設(shè)計的ADSL 設(shè)備能夠提供與使用其它非自復(fù)式保護器件的ADSL 設(shè)備具有同等程度的傳輸率和傳輸距離，也從另一個方面對使用PPTC 元件進行ADSL 設(shè)備的過流保護的可行性提供了充分的論據(jù)。
KT250-180BF PPTC 熱敏電阻的使用
如圖3 所示，通常ADSL 系統(tǒng)中采用的是對線路接口的保護，這種保護一般將PPTC 熱敏電阻設(shè)計安裝在分離器前，以便實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護。為了獲得安全和可靠的性能，電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須符合各地方安全管理機構(gòu)所要求的配備過電流和過電壓保護措施的標(biāo)準(zhǔn)。在ADSL 系統(tǒng)中使用的保護器件的作用就是讓設(shè)備滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。上海科特高分子材料有限公司型號為KT250-180BF 的PPTC 熱敏電阻符合ITU-T K.20《安裝在電信中心的電信設(shè)備耐電壓和電流的能力》和以該標(biāo)準(zhǔn)為參照的其它標(biāo)準(zhǔn)，專用于對ADSL 系統(tǒng)局端設(shè)備進行過流保護（用戶端和局端的分離器電路結(jié)構(gòu)相似，客戶可根據(jù)需要選擇是否進行用戶端保護）。
KT250-180BF型高分子熱敏電阻熱容量和動作時間/溫度特性使其動作電流較好的與設(shè)備故障電流匹配，從而縮短了較低故障電流下的動作時間。其主要其性能參數(shù)具體見表1。過電流保護元器件的動作時間影響著其通過能量和表面溫度，相同的過電流情況下動作時間越快通過能量越小，對設(shè)備的損壞程度就越低。與其它保護方案相比之下，PPTC 熱敏電阻的反應(yīng)更為迅速，而且保護后元件的表面溫度比較低，故障電流對其表面溫度的影響較小。由于PPTC產(chǎn)品保護后電阻變得非常大，能夠通過的電流很小，因而動作后的損耗功率也較小。KT250-180BF型PPTC熱敏電阻的電阻/溫度特性見圖4。
在ADSL系統(tǒng)中使用KT250-180BF型PPTC熱敏電阻不僅對過電流故障提供了更為嚴(yán)格的保護而且性能可靠、安裝方便、大大減少了設(shè)備的使用和維護成本。此外，針對ADSL系統(tǒng)上海科特高分子材料有限公司還開發(fā)了其它系列產(chǎn)品，用于滿足用戶端設(shè)備、數(shù)據(jù)線接口的防護需求等，詳細(xì)說明可查閱對應(yīng)型號產(chǎn)品的應(yīng)用資料。
ADSL 使用了現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)，由一個分離器將寬帶數(shù)字信號從模擬話音通道中分離出來，然后進入調(diào)制解調(diào)器(見圖1)。ADSL 調(diào)制解調(diào)器分為局端ADSL(ATU-C)和用戶端ADSL(ATU-R)，用于處理運營商和終端用戶間的上傳和下行ADSL 信號。如圖1 所示：
由于現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)以銅質(zhì)為基礎(chǔ)，與之連接的ADSL 設(shè)備易遭受外界的電干擾，如AC 電力線觸碰、電力感應(yīng)、ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電和雷電浪涌等，導(dǎo)致過電流和過電壓。因此必須針對可能造成的破壞對局端和用戶端設(shè)備采取有效的保護措施。通常情況采用并聯(lián)一個保護元件進行過壓保護和串聯(lián)限流裝置進行過流保護。常用的限流裝置有：保險絲、金屬薄膜型熔斷器、CPTC、PPTC 等。實際應(yīng)用中，由于PPTC 器件集合了自復(fù)式功能、動作時間更快、耗損功率更小以及故障狀態(tài)下表面溫度更低等優(yōu)勢，使其成為廣受歡迎的解決方案。在ADSL 設(shè)備或關(guān)聯(lián)回路中使用PPTC 器件進行過流保護也成為發(fā)展的趨勢。
過流保護方案的比較
保險絲屬于一次性使用的器件，熱容較低，采用這種保護方案時，要選用的保險絲都具有一個非常高的額定電流值，通常是實際正常工作電流值的十倍甚至更大。故障情況下保險絲表面溫度升高，如果設(shè)備持續(xù)處于超正常工作電流的故障情況下，而該電流又沒能達到使保險絲快速熔斷的水平，那么保險絲的溫度就有可能超出允許的范圍，設(shè)備將處于極不安全的狀態(tài)。同時，大多數(shù)地方安全管理機構(gòu)對電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求中明確提出電信設(shè)備在發(fā)生過電流或雷擊事件時，必須滿足規(guī)定水平的耐受性。常見的方法是選用熔斷反應(yīng)時間較長的保險絲來提高耐受性，但保險絲對故障做出反應(yīng)所需要的時間越長，通過的能量(I2t)就越多，從而造成電子元器件損壞的可能性就越大。這樣一來，選用防雷擊的保險絲就存在較多的限制。PPTC器件具有可自恢復(fù)、精度高、可靠性高、熱容高、體積小等優(yōu)點。有實驗數(shù)據(jù)顯示，相同額定電壓和耐電流的PPTC器件過流保護元件與保險絲相比較具有動作時間快、動作后表面溫度更低、功率損耗更小等優(yōu)點。圖2是電信常用的保險絲與PPTC元件在相同故障電流下的動作時間的比較。
PPTC 熱敏電阻對信號傳輸?shù)挠绊?BR>
由于PPTC 熱敏電阻的使用，給系統(tǒng)帶來了附加的電阻值，因為擔(dān)心這種附加電阻值導(dǎo)致對信號傳輸率和距離的影響很多ADSL 設(shè)計人員不敢采用這種過流保護方案。事實上，線路中的輸入阻抗的確會由于PPTC 熱敏電阻的使用而產(chǎn)生小的變化，而且PPTC 熱敏電阻的電阻值增大時這種變化也會變大。但是，需要說明的是，此時線路中輸入阻抗增加的數(shù)值并不等于PPTC 熱敏電阻的阻值，這是因為輸入阻抗是與傳輸線路相關(guān)的參數(shù)，兩線同時增加的PPTC 熱敏電阻值是基本平衡的，所以在傳輸頻率范圍內(nèi)的輸入阻抗值保持相對不變。
根據(jù)有關(guān)媒體的報道，New Hampshire 大學(xué)的ADSL 協(xié)同實驗室對采用了PPTC 元件的ADSL設(shè)備的傳輸距離和傳輸速率等性能進行測試。其結(jié)果也表明使用PPTC 熱敏電阻帶入用戶環(huán)路中的附加阻值對于線路阻抗的影響非常輕微。雖然PPTC 熱敏電阻會給線路帶來某種程度的衰減，但衰減曲線（使用PPTC 熱敏電阻后信號衰減VS 頻率）顯示衰減僅影響低頻率段信號的傳輸，在ADSL的頻率范圍（26kHz～1.1MHz ）內(nèi)衰減曲線大部分是平直的，因而衰減的影響相對較小。實驗室提供的數(shù)據(jù)還顯示：線路長度在16000 英尺內(nèi)所測得的傳輸率與沒有使用PPTC 器件時的傳輸率并沒有明顯的不同。試驗中對所有條件均進行了測試，證實成功連接的最長線路長度達到17500 英尺。這一結(jié)論說明使用PPTC 器件設(shè)計的ADSL 設(shè)備能夠提供與使用其它非自復(fù)式保護器件的ADSL 設(shè)備具有同等程度的傳輸率和傳輸距離，也從另一個方面對使用PPTC 元件進行ADSL 設(shè)備的過流保護的可行性提供了充分的論據(jù)。
KT250-180BF PPTC 熱敏電阻的使用
如圖3 所示，通常ADSL 系統(tǒng)中采用的是對線路接口的保護，這種保護一般將PPTC 熱敏電阻設(shè)計安裝在分離器前，以便實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護。為了獲得安全和可靠的性能，電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須符合各地方安全管理機構(gòu)所要求的配備過電流和過電壓保護措施的標(biāo)準(zhǔn)。在ADSL 系統(tǒng)中使用的保護器件的作用就是讓設(shè)備滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。上海科特高分子材料有限公司型號為KT250-180BF 的PPTC 熱敏電阻符合ITU-T K.20《安裝在電信中心的電信設(shè)備耐電壓和電流的能力》和以該標(biāo)準(zhǔn)為參照的其它標(biāo)準(zhǔn)，專用于對ADSL 系統(tǒng)局端設(shè)備進行過流保護（用戶端和局端的分離器電路結(jié)構(gòu)相似，客戶可根據(jù)需要選擇是否進行用戶端保護）。
KT250-180BF型高分子熱敏電阻熱容量和動作時間/溫度特性使其動作電流較好的與設(shè)備故障電流匹配，從而縮短了較低故障電流下的動作時間。其主要其性能參數(shù)具體見表1。過電流保護元器件的動作時間影響著其通過能量和表面溫度，相同的過電流情況下動作時間越快通過能量越小，對設(shè)備的損壞程度就越低。與其它保護方案相比之下，PPTC 熱敏電阻的反應(yīng)更為迅速，而且保護后元件的表面溫度比較低，故障電流對其表面溫度的影響較小。由于PPTC產(chǎn)品保護后電阻變得非常大，能夠通過的電流很小，因而動作后的損耗功率也較小。KT250-180BF型PPTC熱敏電阻的電阻/溫度特性見圖4。
在ADSL系統(tǒng)中使用KT250-180BF型PPTC熱敏電阻不僅對過電流故障提供了更為嚴(yán)格的保護而且性能可靠、安裝方便、大大減少了設(shè)備的使用和維護成本。此外，針對ADSL系統(tǒng)上海科特高分子材料有限公司還開發(fā)了其它系列產(chǎn)品，用于滿足用戶端設(shè)備、數(shù)據(jù)線接口的防護需求等，詳細(xì)說明可查閱對應(yīng)型號產(chǎn)品的應(yīng)用資料。
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