№6 / 2016 / статья 5

PPTC-предохранители POLYFUSE® для телекоммуникационных приложений

Виктор Чистяков (г. Малоярославец)

Телекоммуникационное оборудование для безотказной работы требует особенно тщательной защиты. Для этих целей компания Littelfuse разработала особую серию самовосстанавливающихся полимерных предохранителей из семейства POLYFUSE®, которую так и назвала – Telecom.

Предохранители выполняют важную роль в электронной аппаратуре. Они позволяют прервать процесс лавинообразного превышения тока в электрической цепи сверх номинального значения. Традиционные способы защиты электронных схем с помощью плавких предохранителей сегодня успешно дополняются благодаря возможностям самовосстанавливающихся предохранителей – устройств с положительным температурным коэффициентом (PTC). Они позволяют обеспечивать необслуживаемую защиту электронных блоков и узлов от перегрузок по току. Способность предохранителей PTC восстанавливать свое проводящее состояние после воздействия тока короткого замыкания делает их идеальным решением для схем с затрудненным доступом и аппаратуры, где требуется постоянная и безотказная работа.

Самовосстанавливающиеся предохранители POLYFUSE® Telecom

Компания Littelfuse, активно занимающаяся разработкой современных компонентов и технологий защиты электронных цепей, предлагает рынку собственную разработку самовосстанавливающихся предохранителей (PPTC), выполненных на основе полимерных материалов – семейство под торговой маркой POLYFUSE®. Среди представителей данного семейства можно выделить Telecom – направление, специально предназначенное для использования в телекоммуникационном оборудовании. Самовосстанавливающиеся предохранители категории Telecom производства Littelfuse в настоящее время включают три серии: 250R, 250S и 600R. Они сертифицированы в соответствии с современными требованиями к аппаратуре связи и телекоммуникационным системам. К отмеченным в таблице 1 основным рабочим параметрам самовосстанавливающихся предохранителей относятся: ток удержания, ток срабатывания, время срабатывания, рабочее и предельное напряжения.

Таблица 1. Основные характеристики предохранителей Littelfuse категории Telecom

Параметр Наименование
250R 250S 600R
Ток удержания (Ihold), A 0,08; 0,12; 0,145; 0,18 0,13 0,15; 0,16
Ток срабатывания (Itrip), A 0,16; 0,24; 0,29; 0,65 0,26 0,3; 0,32
Рабочее напряжение (Vop), В 60 60 60
Предельное напряжение (Vint), В 250 250 600
Время срабатывания, c 2,5…21 0,9…4 3…10

Самовосстанавливающиеся предохранители Telecom разработаны с учетом рекомендаций ITU для использования в абонентском оборудовании, включая линейные аналоговые блоки, в высокоскоростном абонентском оборудовании HDSL и среднескоростных телекоммуникационных интерфейсах T1/E1/J1, в аппаратуре ISDN и ADSL, в системах кабельной телефонии, в офисных мини АТС и в системах многоканальной телефонии.

POLYFUSE 250R

Серия PPTC POLYFUSE 250R предназначена для защиты от кратковременных пиковых импульсов тока, как правило, периодически возникающих в аппаратуре связи под воздействием ударов молнии и промышленных помех. Серия 250R соответствует указанным в стандартах ITU K.20 и K.21 требованиям по защите и может успешно использоваться в телекоммуникационном и сетевом оборудовании. Типичными областями применения 250R являются абонентские терминалы, офисное и коммутационное оборудование, аппаратура локальных и глобальных сетей, оборудование систем доступа.

Диапазон токов удержания (Ihold) у предохранителей серии 250R находится в диапазоне 0,08…0,18 A. Этот параметр отображается в обозначении предохранителя сразу после буквы «R», которая означает наличие проволочных выводов у предназначенных для сквозного монтажа предохранителей этой серии (рисунок 1).

Рис. 1. Самовосстанавливающиеся предохрани- тели Polyfuse 250R

Рис. 1. Самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse 250R

Ток срабатывания (Itrip) находится в диапазоне 0,16…0,65 A. При этом максимальное рабочее напряжение (Vop) для всех предохранителей серии составляет 60 В, а максимально допустимое напряжение (Vint) – 250 В. Максимально допустимый ток через предохранители 250R равен 10 А для 250R180 и 3 А для остальных устройств этой серии. При максимально допустимом напряжении (Vint) устройства способны выдержать без повреждения максимальный ток (Iмакс.)

Все основные параметры предохранителей 250R представлены в таблице 2. Среди них максимальное время срабатывания (при заданном токе 0,35  и 1 А) и три разных сопротивления в проводящем состоянии: Rмин, Rтип, и R1макс, а также максимально допустимая типичная рассеиваемая на приборе мощность (Pdтип.) (при срабатывании предохранителя при температуре воздуха 20°С).Время срабатывания РРТС 250R у большей части предохранителей этой серии составляет около 3 секунд при токе 1 А и изменяется в зависимости от протекающего при срабатывании тока.

Таблица 2. Технические характеристики серии 250R

Наименование Ihold, А Itrip, А Vmax
(Vint/Vop)
Imax, А Pdтип., Вт Максимальное время срабатывания Сопротивление, Ом
Ток, A Время, с Rмин. Rтип. R1макс.
250R080 0,08 0,16 250/60 3 1 0,35 4 14 22 33
250R080T 0,08 0,16 250/60 3 1 0,35 4 15 22 33
250R120 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 4 8 16
250R120-RA 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 7 9 16
250R120-RC 0,12 0,24 250/60 3 1 1 3 5,4 7,5 14
250R120-RF 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 6 10,05 16
250R120-R1 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 6 9 16
250R120-R2 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 8 10,05 16
250R120-R3 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 8 10 16
250R120T 0,12 0,24 250/60 3 1 1 2,5 7 12 16
250R145 0,145 0,29 250/60 3 1 1 2,5 3 6 14
250R145-RA 0,145 0,29 250/60 3 1 1 2,5 3 5,5 12
250R145-RB 0,145 0,29 250/60 3 1 1 2,5 4,5 6 14
250R145T 0,145 0,29 250/60 3 1 1 2,5 5,4 7,5 14
250R180 0,18 0,65 250/60 10 1,8 1 20 0,8 2,2 4
250R180T 0,18 0,65 250/60 10 1,8 1 21 1,4 3,9 4,5
Rмин – это минимальное сопротивление предохранителя, а Rтип – типичное сопротивление предохранителя в партии элементов, которым они обладают до монтажа в схему.

R1макс – это максимальное сопротивление предохранителя, измеренное после срабатывания и через один час после восстановления при температуре окружающей среды 20°C. Как известно, сопротивление полимерных самовосстанавливающихся предохранителей не восстанавливается до первоначального значения после самого первого срабатывания.

В таблице 3 представлена зависимость от температуры тока удержания предохранителей этой серии.

Производитель в отдельных случаях предлагает также партии предохранителей, отсортированные с учетом разброса сопротивлений. Имеется вариант поставки отдельных моделей после первого предварительного срабатывания в заводских условиях. Такие PPTC имеют в обозначении букву «Т», что означает Pre-Tripped, после воздействия номинального тока удержания. Дополнительными элементами в маркировке могут быть буквы RA, RB, RC, RF, а также R1, R2, R3, относящиеся к типу упаковки и количеству компонентов (рисунок 2).

Рис. 2. Пример наименования предохранителей 250R

Рис. 2. Пример наименования предохранителей 250R

Таблица 3. Зависимость тока удержания РРТС 250R от температуры окружающей среды

Наименование Температура окружающей среды
-40°C -20°C 0°C 20°C 40°C 50°C 60°C 70°C 85°C
Ток удержания, A
250R080 0,12 0,11 0,09 0,08 0,06 0,05 0,05 0,04 0,03
250R080T 0,12 0,11 0,09 0,08 0,06 0,05 0,05 0,04 0,03
250R120 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,09 0,08 0,06 0,05
250R120T 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,09 0,08 0,06 0,05
250R145 0,26 0,2 0,17 0,145 0,12 0,11 0,09 0,08 0,06
250R145T 0,26 0,2 0,17 0,145 0,12 0,11 0,09 0,08 0,06
250R180 0,28 0,23 0,21 0,18 0,16 0,13 0,1 0,11 0,083
250R180T 0,28 0,23 0,21 0,18 0,16 0,13 0,1 0,11 0,083

PPTC 250R поставляются россыпью в пакетах или упаковываются в ленты, что отображается в обозначении заказа. При заводской маркировке изделий на корпус предохранителей наносится торговая марка в виде букв «LF», а также рабочее напряжение, ток и дата выпуска.

POLYFUSE 250S

Самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse 250S используются в условиях ограниченного пространства, на платах с поверхностным монтажом, для защиты телекоммуникационного оборудования от импульсных пиковых выбросов, вызываемых молниями и наводимых мощными источниками электропитания. Серия 250S (рисунок 3) полностью совместима с телекоммуникационными стандартами ITU К.45, K.20, K.21. Выпускается под горизонтальный и вертикальный поверхностный монтаж.

Рис. 3. Самовосстанавливающиеся предохрани- тели Polyfuse 250S

Рис. 3. Самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse 250S

В составе серии 250S на сегодняшний день представлены пять вариантов предохранителей, все они рассчитаны на ток удержания 0,13 А и ток срабатывания 0,26 А. Как следует из таблицы 4, все PPTC этой серии имеют одинаковую рассеиваемую мощность, одинаковые предельно допустимые токи и напряжения, а также одинаковые рабочие напряжения. А различаются они по времени срабатывания и величине сопротивления в проводящем состоянии. Помимо привычного конструктивного исполнения под горизонтальный поверхностный монтаж предлагается и новый вариант 250S130V для наиболее плотного вертикального монтажа.

Таблица 4. Электрические характеристики 250S

Наименование Тип
монтажа
Ihold, А Itrip, А Vmax
(Vint/Vop)
Imax, А Pd тип., Вт Время
срабатывания
Сопротивление, Ом
Тип., с Макс., с Rмин Rмакс R1макс
250S130 Горизонтальный 0,13 0,26 250/60 3 1,2 0,9 4 4 13 20
250S130–RA 0,13 0,26 250/60 3 1,2 1,4 4 6,5 10 15
250S130–RB 0,13 0,26 250/60 3 1,2 0,7 4 9 13 20
250S130–RC 0,13 0,26 250/60 3 1,2 1,1 4 7 11 17
250S130V Вертикальный 0,13 0,26 250/60 3 1,2 2 4 4 13 20

На рисунке 4 приведен пример наименования РРТС Polyfyse 250S, которые поставляются упакованными в ленты на катушках по 1500 и 1200 штук.

Рис. 4. Пример наименования предохранителей PolyFuse 250S

Рис. 4. Пример наименования предохранителей PolyFuse 250S

POLYFUSE 600R

Высоковольтные предохранители Littelfuse 600R (рисунок 5) рассчитаны на рабочее напряжение 60 В, а предельное напряжение у них составляет 600 В. Они предназначены для защиты цепей питания телекоммуникационного оборудования от грозовых разрядов и промышленных помех, предотвращения возгораний в случае контакта с силовыми цепями высокого напряжения. Эта серия предохранителей разработана для использования в оборудовании, соответствующем требованиям GR–1089-CORE, UL60950/EN60950/IEC6095 и стандартам ITU K.20, K.21 и K.44.

Рис. 5. Самовосстанавливающиеся предохрани- тели Polyfuse 600R

Рис. 5. Самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse 600R

Стандарт GR 1089 предусматривает защиту устройств при воздействии наведенных ударами молнии напряжений до 1,0 кВ длительностью 10/1000 мкс или 2,5 кВ при длительности импульса 2/10 мкс.

Стандарт GR 1089CORE предписывает защиту от возгорания оборудования в случае контакта линий связи с силовыми линиями под напряжением 600 В при токе 60 А.

Конечно, в подобных экстремальных случаях уже не может быть речи о сохранении оборудования в рабочем состоянии. Главная задача – предотвратить возгорание и более серьезные потери.

В составе серии 600R предлагается шесть видов предохранителей, различающихся, в первую очередь, по сопротивлению в проводящем состоянии и по времени срабатывания. Их ток удержания равен 0,15 или 0,16 A, а ток срабатывания – 0,3 или 0,32 A.

Максимально допустимый ток равен 3 А, а рассеиваемая при срабатывании мощность составляет 1 Вт при температуре окружающего воздуха 20°С. Полный перечень параметров Polyfuse 600R представлен в таблице 5.

Таблица 5. Электрические характеристики 600R

Наименование Ihold, А Itrip, А Vmax
(Vint/Vop)
Imax, А Pd тип., Вт Максимальное время срабатывания Сопротивление, Ом
Ток, A Время, с Rмин Rтип R1макс
600R150 0,15 0,3 600/60 3 1 1 4 6 10 17
600R150-RA 0,15 0,3 600/60 3 1 1 4 7 10 20
600R150-RB 0,15 0,3 600/60 3 1 1 3 9 12 22
600R160 0,16 0,32 600/60 3 1 1 10 4 10 18
600R160-RA 0,16 0,32 600/60 3 1 1 10 4 7 16
600R160-R1 0,16 0,32 600/60 3 1 1 10 4 8 17

Зависимость времени срабатывания от протекающего тока представлена на рисунке 6. Littelfuse отмечает, что эти кривые могут служить лишь в качестве руководства. Реальные значения зависят от целого ряда параметров и должны проверяться в действующей схеме.

Рис. 6. Зависимость времени срабатывания предохранителей 600R от тока

Рис. 6. Зависимость времени срабатывания предохранителей 600R от тока

На рисунке 7 представлен пример наименования РРТС 600R, которые упаковываются в ленты или поставляются россыпью.

Рис. 7. Пример наименования предохранителей 600R

Рис. 7. Пример наименования предохранителей 600R

Применение PPTC Polyfuse Telecom

Современная полупроводниковая элементная база по мере совершенствования основных технических характеристик и дальнейшей миниатюризации становится все более уязвимой при появлении в цепях питания кратковременных высоковольтных импульсов. В особенности это касается заземляемого телекоммуникационного оборудования, которое может испытывать вторичные последствия от ударов молнии, находясь даже на приличном расстоянии от места событий.

Используемые для защиты от гроз специальные сооружения не способны полностью поглотить всю энергию от удара молнии и возникающего при этом мощного электромагнитного поля. Несмотря на то, что основой заряд сразу уходит через заземление, часть энергии растекается в контуры заземления через цепи оборудования, находящегося даже на удаленном расстоянии.

Наводимые мощными электрическими и электромагнитными полями по линиям связи кратковременные импульсы высокого напряжения способны привести к разрушению очень тонких изолирующих подложек современных полупроводниковых компонентов, будь то аналоговые усилители, оптоэлектронные приборы или процессоры. Предлагаемые компанией Littelfuse самовосстанавливающиеся предохранители Telecom призваны обеспечить безотказную работу телекоммуникационного оборудования в подобных условиях.

К типичным областям применения PPTC также относятся интерфейсные порты на персональных компьютерах (USB, FireWire, клавиатура/мышь, COM), периферийные устройства (жесткие диски, удаленные принтеры, камеры), промышленные системы управления, балластные схемы источников освещения и схемы управления двигателями.

Следующие типичные примеры цепей защиты используют самовосстанавливающиеся предохранители Polyfuse как по отдельности, так и в комбинации с другими устройствами, чтобы обеспечить полную защиту телекоммуникационного оборудования.

На рисунке 8 представлен типичный вариант установки РРТС в разрыв цепи питания абонентского устройства через интерфейс Ethernet (Power Over Ethernet). В каждый из четырех проводов включены предохранители как на абонентской стороне, так и на питающей станции. Две информационные линии здесь не защищены, так как имеют гальваническую развязку как со стороны источника, так и со стороны приемника данных.

Рис. 8. РРТ С в цепях питания через Ethernet

Рис. 8. РРТ С в цепях питания через Ethernet

Пример использования самовосстанавливающихся предохранителей в телефонной линии представлен на рисунке 9. Два PPTC Littelfuse Telecom установлены в разрыв обоих проводов со стороны абонентского устройства. Вслед за ними в линии стоит динистор, пробиваемый импульсами повышенного напряжения и обеспечивающий срабатывание предохранителей с отключением абонентского устройства от линии на время воздействия высокого напряжения.

Рис. 9. PPTC в телефонной линии

Рис. 9. PPTC в телефонной линии

На рисунке 10 представлена схема защиты батарейных источников питания. Здесь PPTC защищает аккумулятор от превышения тока в цепи зарядки. Вместе с тем оба провода питания и цепь управления защищены от превышения напряжения установкой трех многослойных варисторов V5.5MLA0402.

Рис. 10. РРТ С в цепях защиты аккумуляторов

Рис. 10. РРТ С в цепях защиты аккумуляторов

На рисунке 11 предохранитель РРТС использован в комплексной схеме защиты от перенапряжений и превышения токов в цепях интерфейса IEEE 1394 (FireWire). РРТС установлен в цепь питания, а перед ним со стороны контроллера подключен ограничитель напряжения V33MLA1206 между линией питания и землей.

Рис. 11. РРТ С в интерфейсе IEEE 1394 (FireWire)

Рис. 11. РРТ С в интерфейсе IEEE 1394 (FireWire)

В случае появления со стороны внешнего устройства высоковольтных импульсов V33MLA1206 ограничивает их уровень на входе контроллера. А в случае критического превышения пикового напряжения сопротивление варистора резко уменьшается, что вызывает значительное повышение тока, протекающего через варистор и РРТС 1812L110/33. В результате срабатывает предохранитель РРТС и ток по цепи прерывается до восстановления нормального сопротивления предохранителя.

Кроме того, в данной схеме предусмотрена защита от превышения напряжения по сигнальным линиям интерфейса. Между каждой из них и земляным проводом включены ограничители напряжения PGB1010603.

Подбор необходимого предохранителя РРТС

При выборе подходящего самовосстанавливающего предохранителя компания LIttelfuse предлагает придерживаться следующего алгоритма действий.

  • Определить следующие параметры для рабочей цепи:
    • номинальный рабочий ток Ihold;
    • максимальное напряжение цепи Vмакс;
    • максимальный ток срабатывания Iмакс;
    • диапазон рабочих температур.
  • Выбрать подходящий тип корпуса для предохранителя
  • Сравнить рабочие значения для цепи Vмакс и Iмакс с параметрами PPTC по спецификации на сайте www.littelfuse.com и выбрать подходящие для вашей задачи элементы
  • Убедиться, что нормальная температура окружающей среды устройства соответствует рабочему диапазону предохранителя
  • Убедиться, что время срабатывания обеспечивает защиту схемы
  • Убедиться, что сопротивление предохранителя после восстановления (R1макс) соответствует расчетным параметрам участка цепи
  • В автономном режиме работы устройства испытать и оценить практическую пригодность и работоспособность РРТС в данном случае

Заключение

Телекоммуникационные технологии стали необъемлемой частью современного общества. Для обеспечения надежного и безопасного функционирования оборудования современных сетей постоянно совершенствуется элементная база, разрабатываются новые технологии и стандарты, требующие бесперебойной работы. Чтобы обеспечить защиту оборудования от повышенного напряжения и тока, разрабатываются более совершенные защитные устройства.

Самовосстанавливающиеся предохранители производства компании Littelfuse способны обеспечить надежную и удобную для пользователя защиту разнообразного оборудования сетей связи. Благодаря возможности восстанавливать исходное состояние после защитного срабатывания предохранители типа PPTC являются сегодня одними из наиболее активно используемых средств защиты от перегрузки по току.

Литература

  1. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/resettable_ptcs/littelfuse_ptc_250r_datasheet.pdf.pdf.
  2. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/resettable_ptcs/littelfuse_ptc_250r_datasheet.pdf.pdf.
  3. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/resettable_ptcs/littelfuse_ptc_250s_datasheet.pdf.pdf.
  4. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/resettable_ptcs/littelfuse_ptc_600r_datasheet.pdf.pdf.
  5. http://www.littelfuse.com/~/media/files/littelfuse/technical%20resources/documents/product_brochures/ec327-e_polyfuse_ptc.pdf.
  6. http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/product_catalogs/littelfuse_product_selection_guide.pdf.pdf.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Наши информационные каналы

Теги:
Рубрики:

О компании Littelfuse

Компания Littelfuse является ведущим мировым производителем компонентов и устройств для защиты электрических и электронных цепей любого рода. Поставляемые компанией компоненты и системы, во многих случаях являются жизненно важными для устройств в практически всех отраслях и видах продукции: от бытовой электроники и автомобилей до электроэнергетики. Littelfuse предлагает наиболее широкий и полный спектр компонентов и систем защиты цепей на рынке электронных компонентов. Компания расширяет и н ...читать далее