针对大电流锂离子电池应用的PPTC/双金属混合器件技术

传统的针对大电流锂离子电池应用（如无线电动工具、电动车和后备电源）的电路保护方案倾向于使用大型、复杂或昂贵的保护技术。例如，一般电路保护设计方案采用IC和MOSFET结合使用的方案或者其他类似的复杂方案。某些设计可能考虑在要求30A以上工作电流的直流电源应用中采用传统的双金属片保护器件，不过，该方案要求双金属片接触点足够大，以承受大电流，这导致保护器件体积过大；此外，这些传统双金属保护器件的动作次数必须受到限制，因为触点之间可能产生的电弧会损坏触点。

本文介绍了一种新的混合式技术，它可提供一种紧凑、稳健的电路保护器件，它能在额定电压超过30VDC的情况下提供30A以上的工作电流。这种金属混合PPTC器件（MHP）由一个双金属片保护器和一个聚合物正温度系数（PPTC）器件并联而成。这种组合既能提供可复位的过电流保护功能，又可利用PPTC器件的低电阻特性来防止双金属片在大电流条件下产生电弧，同时还能加热双金属片，使其保持在打开锁定状态。

混合技术——设计概念

大电流放电锂离子电池组应用要求稳健、可靠的电路保护。市场对更轻、更小设备日益增长的需求意味着这些电池保护设计必须提供更高的可靠性，同时占用更少的空间。在这种市场趋势下，新的MHP混合器件应运而生。这种器件可以用来替代许多复杂IC/FET电池保护设计中使用的放电FET和相配套的散热器，或减少它们的数量，同时增强保护功能。

在MHP器件正常工作时，由于双金属片的电阻低，电流通过双金属片流过。当异常情况发生时，比如电动工具转子闭锁时，电路中将产生很大的电流，导致双金属触点打开，其接触电阻增加。此时电流将流经电阻更低的PPTC器件。流过PPTC的电流不仅抑制了触点之间电弧的产生，同时又能加热双金属片，使其保持在打开锁定状态。如图1所示，MHP器件的动作步骤包括：

1.在正常工作过程中，由于接触电阻非常低，所以大部分电流将通过双金属片。

2.触点开始打开，接触电阻迅速上升。当接触电阻高于PPTC器件电阻时，大部分电流将分流至PPTC器件，流经触点的电流会很少或完全没有，从而防止触点之间产生电弧。当电流分流至PPTC器件时，其电阻迅速上升，并达到远远高于接触电阻的水平，使PPTC温度上升。

3.触点打开后，PPTC器件开始对双金属片进行加热，使其保持在打开状态，直到过电流条件消失或电源关闭为止。