使用PPTC热敏电阻KT250-180BF实现ADSL系统的过流保护(图)
2005/11/15 16:07:09
上海科特高分子材料有限公司 供稿
非对称数字用户环线(Asymmetrical Digital Subscriber Loop 简称ADSL)技术采用了先进的调制技术，它可以连续的同时提供两种通道：数据和话音（0～4kHz 频段用来传输电话音频，30kHz～1.1MHz 频段传送数据），使得在不影响正常通话的同时还可以传送宽带数据。基于上述特点，用户上网时无需占用电话线进行拨号，不仅方便了个人用户而且不受运营商信息传输通道阻塞的影响，可通过实时视频传输进行商务、教学、就诊等活动，因此目前正被广泛的使用。
ADSL 使用了现有电信网络，由一个分离器将宽带数字信号从模拟话音通道中分离出来，然后进入调制解调器(见图1)。ADSL 调制解调器分为局端ADSL(ATU-C)和用户端ADSL(ATU-R)，用于处理运营商和终端用户间的上传和下行ADSL 信号。如图1 所示：
由于现有的电信网络以铜质为基础，与之连接的ADSL 设备易遭受外界的电干扰，如AC 电力线触碰、电力感应、ESD(Electrostatic Discharge)静电放电和雷电浪涌等，导致过电流和过电压。因此必须针对可能造成的破坏对局端和用户端设备采取有效的保护措施。通常情况采用并联一个保护元件进行过压保护和串联限流装置进行过流保护。常用的限流装置有：保险丝、金属薄膜型熔断器、CPTC、PPTC 等。实际应用中，由于PPTC 器件集合了自复式功能、动作时间更快、耗损功率更小以及故障状态下表面温度更低等优势，使其成为广受欢迎的解决方案。在ADSL 设备或关联回路中使用PPTC 器件进行过流保护也成为发展的趋势。
过流保护方案的比较
保险丝属于一次性使用的器件，热容较低，采用这种保护方案时，要选用的保险丝都具有一个非常高的额定电流值，通常是实际正常工作电流值的十倍甚至更大。故障情况下保险丝表面温度升高，如果设备持续处于超正常工作电流的故障情况下，而该电流又没能达到使保险丝快速熔断的水平，那么保险丝的温度就有可能超出允许的范围，设备将处于极不安全的状态。同时，大多数地方安全管理机构对电信网络设备的要求中明确提出电信设备在发生过电流或雷击事件时，必须满足规定水平的耐受性。常见的方法是选用熔断反应时间较长的保险丝来提高耐受性，但保险丝对故障做出反应所需要的时间越长，通过的能量(I2t)就越多，从而造成电子元器件损坏的可能性就越大。这样一来，选用防雷击的保险丝就存在较多的限制。PPTC器件具有可自恢复、精度高、可靠性高、热容高、体积小等优点。有实验数据显示，相同额定电压和耐电流的PPTC器件过流保护元件与保险丝相比较具有动作时间快、动作后表面温度更低、功率损耗更小等优点。图2是电信常用的保险丝与PPTC元件在相同故障电流下的动作时间的比较。
PPTC 热敏电阻对信号传输的影响
由于PPTC 热敏电阻的使用，给系统带来了附加的电阻值，因为担心这种附加电阻值导致对信号传输率和距离的影响很多ADSL 设计人员不敢采用这种过流保护方案。事实上，线路中的输入阻抗的确会由于PPTC 热敏电阻的使用而产生小的变化，而且PPTC 热敏电阻的电阻值增大时这种变化也会变大。但是，需要说明的是，此时线路中输入阻抗增加的数值并不等于PPTC 热敏电阻的阻值，这是因为输入阻抗是与传输线路相关的参数，两线同时增加的PPTC 热敏电阻值是基本平衡的，所以在传输频率范围内的输入阻抗值保持相对不变。
根据有关媒体的报道，New Hampshire 大学的ADSL 协同实验室对采用了PPTC 元件的ADSL设备的传输距离和传输速率等性能进行测试。其结果也表明使用PPTC 热敏电阻带入用户环路中的附加阻值对于线路阻抗的影响非常轻微。虽然PPTC 热敏电阻会给线路带来某种程度的衰减，但衰减曲线（使用PPTC 热敏电阻后信号衰减VS 频率）显示衰减仅影响低频率段信号的传输，在ADSL的频率范围（26kHz～1.1MHz ）内衰减曲线大部分是平直的，因而衰减的影响相对较小。实验室提供的数据还显示：线路长度在16000 英尺内所测得的传输率与没有使用PPTC 器件时的传输率并没有明显的不同。试验中对所有条件均进行了测试，证实成功连接的最长线路长度达到17500 英尺。这一结论说明使用PPTC 器件设计的ADSL 设备能够提供与使用其它非自复式保护器件的ADSL 设备具有同等程度的传输率和传输距离，也从另一个方面对使用PPTC 元件进行ADSL 设备的过流保护的可行性提供了充分的论据。
KT250-180BF PPTC 热敏电阻的使用
如图3 所示，通常ADSL 系统中采用的是对线路接口的保护，这种保护一般将PPTC 热敏电阻设计安装在分离器前，以便实现对整个系统的保护。为了获得安全和可靠的性能，电信网络设备必须符合各地方安全管理机构所要求的配备过电流和过电压保护措施的标准。在ADSL 系统中使用的保护器件的作用就是让设备满足相应标准。上海科特高分子材料有限公司型号为KT250-180BF 的PPTC 热敏电阻符合ITU-T K.20《安装在电信中心的电信设备耐电压和电流的能力》和以该标准为参照的其它标准，专用于对ADSL 系统局端设备进行过流保护（用户端和局端的分离器电路结构相似，客户可根据需要选择是否进行用户端保护）。
KT250-180BF型高分子热敏电阻热容量和动作时间/温度特性使其动作电流较好的与设备故障电流匹配，从而缩短了较低故障电流下的动作时间。其主要其性能参数具体见表1。过电流保护元器件的动作时间影响着其通过能量和表面温度，相同的过电流情况下动作时间越快通过能量越小，对设备的损坏程度就越低。与其它保护方案相比之下，PPTC 热敏电阻的反应更为迅速，而且保护后元件的表面温度比较低，故障电流对其表面温度的影响较小。由于PPTC产品保护后电阻变得非常大，能够通过的电流很小，因而动作后的损耗功率也较小。KT250-180BF型PPTC热敏电阻的电阻/温度特性见图4。
在ADSL系统中使用KT250-180BF型PPTC热敏电阻不仅对过电流故障提供了更为严格的保护而且性能可靠、安装方便、大大减少了设备的使用和维护成本。此外，针对ADSL系统上海科特高分子材料有限公司还开发了其它系列产品，用于满足用户端设备、数据线接口的防护需求等，详细说明可查阅对应型号产品的应用资料。
ADSL 使用了现有电信网络，由一个分离器将宽带数字信号从模拟话音通道中分离出来，然后进入调制解调器(见图1)。ADSL 调制解调器分为局端ADSL(ATU-C)和用户端ADSL(ATU-R)，用于处理运营商和终端用户间的上传和下行ADSL 信号。如图1 所示：
由于现有的电信网络以铜质为基础，与之连接的ADSL 设备易遭受外界的电干扰，如AC 电力线触碰、电力感应、ESD(Electrostatic Discharge)静电放电和雷电浪涌等，导致过电流和过电压。因此必须针对可能造成的破坏对局端和用户端设备采取有效的保护措施。通常情况采用并联一个保护元件进行过压保护和串联限流装置进行过流保护。常用的限流装置有：保险丝、金属薄膜型熔断器、CPTC、PPTC 等。实际应用中，由于PPTC 器件集合了自复式功能、动作时间更快、耗损功率更小以及故障状态下表面温度更低等优势，使其成为广受欢迎的解决方案。在ADSL 设备或关联回路中使用PPTC 器件进行过流保护也成为发展的趋势。
过流保护方案的比较
保险丝属于一次性使用的器件，热容较低，采用这种保护方案时，要选用的保险丝都具有一个非常高的额定电流值，通常是实际正常工作电流值的十倍甚至更大。故障情况下保险丝表面温度升高，如果设备持续处于超正常工作电流的故障情况下，而该电流又没能达到使保险丝快速熔断的水平，那么保险丝的温度就有可能超出允许的范围，设备将处于极不安全的状态。同时，大多数地方安全管理机构对电信网络设备的要求中明确提出电信设备在发生过电流或雷击事件时，必须满足规定水平的耐受性。常见的方法是选用熔断反应时间较长的保险丝来提高耐受性，但保险丝对故障做出反应所需要的时间越长，通过的能量(I2t)就越多，从而造成电子元器件损坏的可能性就越大。这样一来，选用防雷击的保险丝就存在较多的限制。PPTC器件具有可自恢复、精度高、可靠性高、热容高、体积小等优点。有实验数据显示，相同额定电压和耐电流的PPTC器件过流保护元件与保险丝相比较具有动作时间快、动作后表面温度更低、功率损耗更小等优点。图2是电信常用的保险丝与PPTC元件在相同故障电流下的动作时间的比较。
PPTC 热敏电阻对信号传输的影响
由于PPTC 热敏电阻的使用，给系统带来了附加的电阻值，因为担心这种附加电阻值导致对信号传输率和距离的影响很多ADSL 设计人员不敢采用这种过流保护方案。事实上，线路中的输入阻抗的确会由于PPTC 热敏电阻的使用而产生小的变化，而且PPTC 热敏电阻的电阻值增大时这种变化也会变大。但是，需要说明的是，此时线路中输入阻抗增加的数值并不等于PPTC 热敏电阻的阻值，这是因为输入阻抗是与传输线路相关的参数，两线同时增加的PPTC 热敏电阻值是基本平衡的，所以在传输频率范围内的输入阻抗值保持相对不变。
根据有关媒体的报道，New Hampshire 大学的ADSL 协同实验室对采用了PPTC 元件的ADSL设备的传输距离和传输速率等性能进行测试。其结果也表明使用PPTC 热敏电阻带入用户环路中的附加阻值对于线路阻抗的影响非常轻微。虽然PPTC 热敏电阻会给线路带来某种程度的衰减，但衰减曲线（使用PPTC 热敏电阻后信号衰减VS 频率）显示衰减仅影响低频率段信号的传输，在ADSL的频率范围（26kHz～1.1MHz ）内衰减曲线大部分是平直的，因而衰减的影响相对较小。实验室提供的数据还显示：线路长度在16000 英尺内所测得的传输率与没有使用PPTC 器件时的传输率并没有明显的不同。试验中对所有条件均进行了测试，证实成功连接的最长线路长度达到17500 英尺。这一结论说明使用PPTC 器件设计的ADSL 设备能够提供与使用其它非自复式保护器件的ADSL 设备具有同等程度的传输率和传输距离，也从另一个方面对使用PPTC 元件进行ADSL 设备的过流保护的可行性提供了充分的论据。
KT250-180BF PPTC 热敏电阻的使用
如图3 所示，通常ADSL 系统中采用的是对线路接口的保护，这种保护一般将PPTC 热敏电阻设计安装在分离器前，以便实现对整个系统的保护。为了获得安全和可靠的性能，电信网络设备必须符合各地方安全管理机构所要求的配备过电流和过电压保护措施的标准。在ADSL 系统中使用的保护器件的作用就是让设备满足相应标准。上海科特高分子材料有限公司型号为KT250-180BF 的PPTC 热敏电阻符合ITU-T K.20《安装在电信中心的电信设备耐电压和电流的能力》和以该标准为参照的其它标准，专用于对ADSL 系统局端设备进行过流保护（用户端和局端的分离器电路结构相似，客户可根据需要选择是否进行用户端保护）。
KT250-180BF型高分子热敏电阻热容量和动作时间/温度特性使其动作电流较好的与设备故障电流匹配，从而缩短了较低故障电流下的动作时间。其主要其性能参数具体见表1。过电流保护元器件的动作时间影响着其通过能量和表面温度，相同的过电流情况下动作时间越快通过能量越小，对设备的损坏程度就越低。与其它保护方案相比之下，PPTC 热敏电阻的反应更为迅速，而且保护后元件的表面温度比较低，故障电流对其表面温度的影响较小。由于PPTC产品保护后电阻变得非常大，能够通过的电流很小，因而动作后的损耗功率也较小。KT250-180BF型PPTC热敏电阻的电阻/温度特性见图4。
在ADSL系统中使用KT250-180BF型PPTC热敏电阻不仅对过电流故障提供了更为严格的保护而且性能可靠、安装方便、大大减少了设备的使用和维护成本。此外，针对ADSL系统上海科特高分子材料有限公司还开发了其它系列产品，用于满足用户端设备、数据线接口的防护需求等，详细说明可查阅对应型号产品的应用资料。
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