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ADSL系统过流保护_金瑞电子（JK）PPTC自恢复保险丝-高分子PTC热敏电阻的应用方案

来源：金瑞电子

2018-08-30

类别：消费电子

314

拍明

原标题：ADSL系统过流保护＿自恢复保险丝-高分子PTC热敏电阻的应用

使用PPTC 热敏电阻JK250-180T实现ADSL系统过流保护

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：

典型ADSL系统结构图.png

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(I t)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。

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.png

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。

JK250-180T PPTC 热敏电阻的使用如图所示

JK250-180T PPTC 热敏电阻的使用png

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。上深圳市金瑞电子材料有限公司型号为 JK250-180T 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)。

电气性能.png

JK250-180T 的PPTC热敏电阻温度特性曲线.png

在ADSL系统中使用JK250-180T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修成本。此外，针对ADSL系统我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，详情欢迎来到咨询我司。

JK PPTC产品页面：https://www.iczoom.com/brand/885-c-1-20.html

JK产品特性

应用原理

传统保险丝作为过流保护，仅能保护一次，烧断了就需更换。而作为新型过流保护元件的可恢复保险丝具有过流保护，自动复原双重功能：

过流保护 JKPPTC元件串接在电路中，正常情况下，呈低阻状态，保证电路正常工作;当电路发生短路或窜入异常大电流时，JKPPTC元件的自热使其阻抗增加把电流限制到足够小，起到过电流保护作用。

自动复原当产生过电流的故障得到排除，JKPPTC元件自动复原到低阻状态。这既避免了维护更换，也避免了可能引起电路损坏的持续循环的开闭状态。JKPPTC可恢复保险丝具有过流保护，自动复原双重功能的原因是由于其特殊的构造。JKPPTC可恢复保险丝是又高分子聚合物及导电材料等混合制成。正常情况下，导电材料通过聚合物材料构成三维导电通道，JKPPTC阻值很小;当有异常大电流通过时，JKPPTC元件温度迅速上升，聚合物材料随即膨胀，使得导电通道断开，引起阻抗剧增，通过的电流变小，电路如同断开，达到保护目的。当异常大电流消失后，JKPPTC的自热不足以维持其高阻状态，其阻抗又恢复到低阻状态。与传统保险丝相比，具有可自复，体积小，更坚实的优点。

动作原理

JKPPTC可恢复保险丝的动作原理是一种能量的动态平衡，流过JKPPTC元件的电流由于JKPPTC的关系产生热量，产生的热全部或部分散发到环境中，而没有散发出去的热便会提高JKPPTC元件的温度。

正常工作时的温度较低，产生的热和散发的热达到平衡。JKPPTC元件处于低阻状态，JKPPTC不动作，当流过JKPPTC元件的电流增加或环境温度升高，但如果达到产生的热和散发的热的平衡时，JKPPTC仍不动作。当电流或环境温度再提高时，JKPPTC会达到较高的温度。若此时电流或环境温度继续再增加，产生的热量会大于散发出去的热量，使得JKPPTC元件温度骤增，在此阶段，很小的温度变化会造成阻值的大幅提高，这时JKPPTC 元件处于高阻保护状态，阻抗的增加限制了电流，电流在很短时间内急剧下降，从而保护电路设备免受损坏，只要施加的电压所产生的热量足够JKPPTC元件散发出的热量，处于变化状态下JKPPTC元件便可以一直处于动作状态(高阻)。当施加的电压消失时，JKPPTC便可以自动恢复了。

恢复时间特性

在JKPPTC元件过电流条件消失后的几秒内，JKPPTC元件的温度很快下降，JKPPTC元件便很快恢复到其低阻状态。

环境温度的影响

1、环境温度的提高在超过25°C时便会使通过可恢复保险丝的电流递减。

2、环境温度20°C时线路上的电流100%通过可恢复保险丝，但若有超过两倍以上额定电流产生时，可恢复保险丝便会动作。

3、环境温度越高，通过的电流越大，则动作的时间会越短。环境温度与电流值折减率如下表所示：

规格	-20°C	-0°C	20°C	30°C	40°C	50°C	60°C	70°C	85°C
JK16 系列	132%	120%	105%	96%	88%	80%	71%	61%	47%
JK60 系列	136%	119%	100%	90%	81%	72%	63%	54%	40%
JK30 系列	130%	115%	100%	91%	83%	77%	68%	61%	52%
JK6 系列	130%	115%	115%	91%	83%	77%	68%	61%	52%
JK250 系列	132%	117%	100%	91%	85%	77%	68%	61%	48%
JK600 系列	138%	119%	100%	92%	83%	73%	64%	55%	42%