保护陶瓷与聚合物、电信设备和装置的PTC热敏电阻

发布时间：2019-03-15 文章来源：敏创原创点击次数：次

电信系统中的陶瓷PTC热敏电阻

为了保护电信设备免受雷电，感应能量或电信和电源线之间有害直接接触的影响，保护组件可直接用在线路卡上或主配线架中。这里陶瓷PTC热敏电阻与聚合物PTC热敏电阻相比具有明显的优势。考虑因素和选择标准在以下文章中介绍。

陶瓷PTC热敏电阻（正温度系数）具有独特的特性：在冷态下它们是低欧姆的，并且在加热时，迅速变为高欧姆。在冷态下，它们是良好的电流导体，对要保护的设备几乎没有影响。自身或外部升温将PTC切换到高阻抗状态，从而将有害的过电流降低到无害水平。

陶瓷PTC热敏电阻的技术与结构

陶瓷PTC热敏电阻由钛酸钡衬底上的掺杂多晶陶瓷制成。在其纯净形式中，该材料具有高阻抗。通过掺杂较高价的材料实现半导电和低电阻。自由离子形成晶格的一部分，使陶瓷导电。PTC热敏电阻的电阻由单独的晶体和晶界电阻组成，并且可以用公式R（PTC）= R晶粒+ R晶界表示。颗粒抗性强烈依赖于温度。PTC热敏电阻的操作最好通过（1）来描述，其显示无负载PTC的特性，其中电负载保持尽可能低以限制通过热积累的电阻变化。

聚合物PTC热敏电阻

可以使用其他形式的PTC热敏电阻，它们基于聚合化合物。这些组分包含含有导电颗粒的结晶有机聚合物基质。电阻特性的急剧增加是由聚合物的热膨胀引起的。在其冷却状态下，碳颗粒彼此紧密接触。在其温暖状态下，由于碳的断开，电阻增加。因此，聚合物PTC热敏电阻的基本操作原理是由于热量的物理运动。由于装置结构的物理变化，化合物的稳定性会发生变化。无法预测或充分控制该过程的稳定性。以下数据比较'post trip' 暴露于24小时交流负载和3分钟的额外冷却时间后陶瓷和聚合物PTC的特性。观察到的聚合物PTC的变化对于许多电信应用是不可接受的，并且许多主管部门规定TIP和RING电阻的最大差异为5％。不遵守此条件可能会导致回声或噪音。

PTC热敏电阻在负载下响应

国际电联（国际电信联盟）已经描述了影响设备的干扰，并在两个建议中对这些干扰进行了模拟，以测试设备对这些干扰的抵抗能力。这些建议如下：

K.20 建议书 - 电信设备对过电压和过电流的

抗扰性和建议K.21-用户终端对过电压和过电流的抗性。

在两个建议中，指定的方法不检查保护组件本身，而是确定设备是否能够承受测试并在之后保持完全运行（标准A）或进入故障安全条件，即没有着火风险（标准B）。然而，由于必须确定线卡元件的适用性，开关设备的制造商现在已经采用了这些测试中的一些用于其元件批准规范。对于K.20建议书，以下标准是有效的：

闪电模拟测试：标准A（3a）

当受到短时间（1.0 kV，10/700 us，Rs = 40 ohm）的雷电模拟测试时，PTC热敏电阻保持在低电阻状态，因为脉冲太短而不会导致跳闸。

功率感应测试：标准A（3b）

代表国际电联进行的现场试验表明，在暴风雨天期，只有暴露在农村地区的设备遭到破坏。线路卡被4 - 6 A的感应电流损坏，持续时间为200 - 500 ms。然而，这种电流被认为是罕见的，并且同意该测试应该模拟具有1 A 2s的比能量的过电流。600 V（rms）/ 1A测试用于模拟来自相邻电源线的感应电压，最大持续时间为0.2秒，无需主保护，1秒钟具有此保护。PTC热敏电阻也保持低欧姆特性，因为功耗太低而无法切换。

电源接触：标准B（3c）

电话线与电力线的直接接触可能比雷电或电力感应更具破坏性，因为如果未检测到，干扰可持续数分钟至数天。通过施加不同幅度的AC电流15分钟来检查设备的敏感性。这些电流通过PTC使其升温。当超过其参考温度（T REF）时，它会大大增加其电阻，从而限制了这种有害电流流入设备。在具有10欧姆PTC热敏电阻的这些条件下，可以预期典型的开关速度在0.1到19秒之间，如下所示。

PTC热敏电阻选择标准

由于其出色的保护特性，陶瓷PTC热敏电阻越来越多地用于新的线路卡。为了保护老一代线路卡，在主配线架中使用PTC的趋势越来越明显。匹配（前后时间）和快速冷却特性的要求适用于两个应用领域。

长时间接触230 V电源线可能无法检测数小时，这意味着PTC热敏电阻必须保持在高阻抗状态而不会影响其功能。这种情况得到CECC 44001的认可，其中过载PTC热敏电阻必须在跳闸条件下承受1000小时的额定电压，最大变化为10％。大多数陶瓷电信PTC的额定电压为230 V，因此符合此条件。大多数聚合物PTC热敏电阻的最大额定电压<60V，因此不适合暴露于电源电压的电信应用。

通常需要两个PTC热敏电阻，一个用于TIP电路，另一个用于RING。两个PTC热敏电阻电阻之间的最大不平衡不仅必须定义为预跳闸，而且更重要的是，在短暂的冷却期后，定义为跳闸后。这是为了确保干扰后的传输质量。电信PTC热敏电阻按类别（匹配版本）交付，这种差异也应适用于旅行后3分钟冷却期。

PTC热敏电阻的形式

无论其形式如何，陶瓷PTC热敏电阻的基本结构都是相同的：陶瓷化合物压入盘中，两侧带有金属化层，用于电气终端。

径向引线盘式PTC热敏电阻

仍然最流行的PTC形式是含铅光盘。这里的电气连接是通过引线间距为5mm制成的。这些可以散装或录音。应用领域是线卡和MDF。

药丸PTC热敏电阻

PTC热敏电阻药丸有两种形式的端子; 用于焊接或通过弹簧触点夹紧。然而，后者将导致PTC热敏电阻的电特性的变化，因为触点将从PTC散热，从而改变其对于给定电流的开关行为。因此，必须详细讨论所需的性能，因为必须进行适当的测试。应用领域主要是MDF，但也可以用于如上所述的线卡混合动力车。