使用PPTC熱敏電阻KT250-180BF實現ADSL系統的過流保護(圖)
2005/11/15 16:07:09
上海科特高分子材料有限公司 供稿
非對稱數字用戶環線(Asymmetrical Digital Subscriber Loop 簡稱ADSL)技術采用了先進的調制技術，它可以連續的同時提供兩種通道：數據和話音（0～4kHz 頻段用來傳輸電話音頻，30kHz～1.1MHz 頻段傳送數據），使得在不影響正常通話的同時還可以傳送寬帶數據。基于上述特點，用戶上網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、教學、就診等活動，因此目前正被廣泛的使用。
ADSL 使用了現有電信網絡，由一個分離器將寬帶數字信號從模擬話音通道中分離出來，然后進入調制解調器(見圖1)。ADSL 調制解調器分為局端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：
由于現有的電信網絡以銅質為基礎，與之連接的ADSL 設備易遭受外界的電干擾，如AC 電力線觸碰、電力感應、ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電和雷電浪涌等，導致過電流和過電壓。因此必須針對可能造成的破壞對局端和用戶端設備采取有效的保護措施。通常情況采用并聯一個保護元件進行過壓保護和串聯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。實際應用中，由于PPTC 器件集合了自復式功能、動作時間更快、耗損功率更小以及故障狀態下表面溫度更低等優勢，使其成為廣受歡迎的解決方案。在ADSL 設備或關聯回路中使用PPTC 器件進行過流保護也成為發展的趨勢。
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，如果設備持續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，設備將處于極不安全的狀態。同時，大多數地方安全管理機構對電信網絡設備的要求中明確提出電信設備在發生過電流或雷擊事件時，必須滿足規定水平的耐受性。常見的方法是選用熔斷反應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、精度高、可靠性高、熱容高、體積小等優點。有實驗數據顯示，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的影響
由于PPTC 熱敏電阻的使用，給系統帶來了附加的電阻值，因為擔心這種附加電阻值導致對信號傳輸率和距離的影響很多ADSL 設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的參數，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的輸入阻抗值保持相對不變。
根據有關媒體的報道，New Hampshire 大學的ADSL 協同實驗室對采用了PPTC 元件的ADSL設備的傳輸距離和傳輸速率等性能進行測試。其結果也表明使用PPTC 熱敏電阻帶入用戶環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。實驗室提供的數據還顯示：線路長度在16000 英尺內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。這一結論說明使用PPTC 器件設計的ADSL 設備能夠提供與使用其它非自復式保護器件的ADSL 設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 設備的過流保護的可行性提供了充分的論據。
KT250-180BF PPTC 熱敏電阻的使用
如圖3 所示，通常ADSL 系統中采用的是對線路接口的保護，這種保護一般將PPTC 熱敏電阻設計安裝在分離器前，以便實現對整個系統的保護。為了獲得安全和可靠的性能，電信網絡設備必須符合各地方安全管理機構所要求的配備過電流和過電壓保護措施的標準。在ADSL 系統中使用的保護器件的作用就是讓設備滿足相應標準。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備耐電壓和電流的能力》和以該標準為參照的其它標準，專用于對ADSL 系統局端設備進行過流保護（用戶端和局端的分離器電路結構相似，客戶可根據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格的保護而且性能可靠、安裝方便、大大減少了設備的使用和維護成本。此外，針對ADSL系統上海科特高分子材料有限公司還開發了其它系列產品，用于滿足用戶端設備、數據線接口的防護需求等，詳細說明可查閱對應型號產品的應用資料。
ADSL 使用了現有電信網絡，由一個分離器將寬帶數字信號從模擬話音通道中分離出來，然后進入調制解調器(見圖1)。ADSL 調制解調器分為局端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：
由于現有的電信網絡以銅質為基礎，與之連接的ADSL 設備易遭受外界的電干擾，如AC 電力線觸碰、電力感應、ESD(Electrostatic Discharge)靜電放電和雷電浪涌等，導致過電流和過電壓。因此必須針對可能造成的破壞對局端和用戶端設備采取有效的保護措施。通常情況采用并聯一個保護元件進行過壓保護和串聯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。實際應用中，由于PPTC 器件集合了自復式功能、動作時間更快、耗損功率更小以及故障狀態下表面溫度更低等優勢，使其成為廣受歡迎的解決方案。在ADSL 設備或關聯回路中使用PPTC 器件進行過流保護也成為發展的趨勢。
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，如果設備持續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，設備將處于極不安全的狀態。同時，大多數地方安全管理機構對電信網絡設備的要求中明確提出電信設備在發生過電流或雷擊事件時，必須滿足規定水平的耐受性。常見的方法是選用熔斷反應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、精度高、可靠性高、熱容高、體積小等優點。有實驗數據顯示，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的影響
由于PPTC 熱敏電阻的使用，給系統帶來了附加的電阻值，因為擔心這種附加電阻值導致對信號傳輸率和距離的影響很多ADSL 設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的參數，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的輸入阻抗值保持相對不變。
根據有關媒體的報道，New Hampshire 大學的ADSL 協同實驗室對采用了PPTC 元件的ADSL設備的傳輸距離和傳輸速率等性能進行測試。其結果也表明使用PPTC 熱敏電阻帶入用戶環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。實驗室提供的數據還顯示：線路長度在16000 英尺內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。這一結論說明使用PPTC 器件設計的ADSL 設備能夠提供與使用其它非自復式保護器件的ADSL 設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 設備的過流保護的可行性提供了充分的論據。
KT250-180BF PPTC 熱敏電阻的使用
如圖3 所示，通常ADSL 系統中采用的是對線路接口的保護，這種保護一般將PPTC 熱敏電阻設計安裝在分離器前，以便實現對整個系統的保護。為了獲得安全和可靠的性能，電信網絡設備必須符合各地方安全管理機構所要求的配備過電流和過電壓保護措施的標準。在ADSL 系統中使用的保護器件的作用就是讓設備滿足相應標準。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備耐電壓和電流的能力》和以該標準為參照的其它標準，專用于對ADSL 系統局端設備進行過流保護（用戶端和局端的分離器電路結構相似，客戶可根據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格的保護而且性能可靠、安裝方便、大大減少了設備的使用和維護成本。此外，針對ADSL系統上海科特高分子材料有限公司還開發了其它系列產品，用于滿足用戶端設備、數據線接口的防護需求等，詳細說明可查閱對應型號產品的應用資料。
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