想为锂电池找到经济又节省空间的过热保护器件？不妨看看它！

用于锂电池保护

为了以尽可能薄的形状获得最长的电池运行时间，设计人员愈发地倾向于大表面面积、高容量的信封状锂聚合物（LiP）电池。在快速增长的市场上，高容量可充电LiP电池被频繁地用于最薄的移动电子设备，如超薄笔记本电脑、平板电脑和智能手机。同时，低端手机的电池组应用中使用的传统电池保护器件的保持电流常常不够高，无法满足最新设计要求。因而，制造商正面临着越来越大的挑战，欲找到超小但仍与LiP电池应用中一般所需的较高保持电流兼容的过热保护器件。

为了响应这些新的电池技术要求，LITTELFUSE推出了用于锂电池保护的MHP-TA系列超薄自复式热切断（TCO）器件。MHP-TA器件的热激活和其他高级特性可在当今最薄的消费电子设备中提供经济实惠、节省空间的过热保护方法。

电池安全新挑战
消费者对便携式电子设备具有高能量的期望以及加大薄型产品屏幕的趋势引发了对具有大表面面积和每块电池高达4000mAh以上容量的LiP电池的需求。

这种高容量不仅增加了电池中会导致安全事件的活性材料的数量，而且在检测电池边缘中的发热情况方面产生了各种挑战。因此，设计人员更喜欢使用热切断温度低于90℃并能远在电池损坏或热逸散发生之前停用电池的安全装置。

当将LiP电池用在具有较高功率要求的应用中时，电池常常会承受较高的放电速度、高脉冲电流和较高的充电电流。例如，一些笔记本电脑中的功率提升功能会导致持续几毫秒的高达20A的脉冲放电电流。此外，较高的放电速度还会导致电池在较高温度下工作，这可能会损坏电池。这就意味着如果未能提供适当的电路保护，就会影响安全性或电池性能。

当前，只有极少数保护解决方案结合了热切断温度低、保持电流额定值高以及结构紧凑的特点。此外，现有的PPTC（聚合物正温度系数）自复式器件并非总能在小体积内实现低切断温度和高保持电流的必要结合。

MHP-TA技术
MHP-TA（热激活）系列是MHP（金属混合PPTC）技术的延伸，并联结合了一只PPTC和一只双金属断路器。MHP器件的PPTC起加热器作用，以使双金属保持在闭锁状态。通过选择具有不同断开温度的双金属来确定器件的热切断额定值；电池市场上通常为72℃到90℃。器件在检测到电池高温时断开电流，在电池过热前停用电池系统。

图1：紧凑型MHP-TA器件的典型尺寸

MHP-TA产品线由两个基于不同等级载流能力的器件系列组成。低电流器件在25℃下提供大约6A的保持电流，高电流器件则约为15A。如图1 所示，通过在超薄的封装（长：5.8mm x 宽：3.85mm x 高：1.15 mm）中提供两种等级的载流能力，MHP-TA器件解决了这样一个问题：即在满足高保持电流额定值要求的同时，在最新一代消费电子产品中提供经济实惠、节省空间的过热保护方法。

图2对PPTC器件与双金属器件的优点进行了比较。通过并联结合一只PPTC和一只双金属器件，MHP混合方法能够将每种技术的优点最大化，缺点最小化。
 

图2：自复式MHP-TA器件在一个紧凑式封装内结合了PPTC和双金属的优点

双金属器件由两个具有不同热膨胀系数的金属零件组成，在遭遇温度变化时会弯曲。双金属器件的优点是接触点处的电阻低、载流能力好、对温度变化反应迅速；但其缺点是没有良好的锁定特性。因此，PPTC的优点是其作为加热器提供锁定的能力，可在发生异常情况时使MHP-TA器件保持断开。

如图3所示，在MHP-TA器件正常运行期间，因为双金属触点的接触电阻低，电流流过双金属触点。发生异常情况时，器件会对电池温度上升做出响应，从而导致双金属触点在指定温度下断开，其触点电阻增大。此时，电流会转为流向阻值较低的PPTC——其起着加热器作用，并确保双金属保护器处于断开状态且位于闭锁位置，直至故障消除。图4显示了一种热切断额定值77℃的典型MHP-TA器件的温度特性。
 

图3：MHP-TA器件的工作原理
 

图4：MHP-TA器件的电阻 - 温度特性

典型电池应用
图5显示了MHP-TA器件的典型电池组应用的示意图。这种电池组一般包含一个起一次电池组保护作用的有源过压、欠压和过流检测安全电路（IC和MOSFET），同时MHP-TA器件在电池上起保护作用。图6显示了MHP-TA与LiP电池的一种应用。

虽然该应用中的半导体电路被认为是可靠的，但也会发生一次保护失效的情况，如短路期间过多的静电放电、高温或震荡。在这些情况下，MHP-TA器件可帮助提供充电和放电过热保护。

MHP-TA器件很低的电阻也有助于克服由MOSFET引入的增加的串联电阻，在肆意过充情况下，器件的低切断温度可帮助提供热逸散保护。与表面贴装器件不同，MHP-TA焊接在电池体上，有助于改善从过热的电池到 MHP-TA器件的热传递，加速热感应速度。
 

图5：使用MHP-TA器件的典型电池组设计
 

图6：显示连接在锂聚合物电池正极接线柱上的MHP-TA器件的典型应用

MHP-TA器件产品选择
MHP-TA产品系列由九种器件组成。MHP-TAM6系列的载流能力较低（25℃下约6A保持电流），MHPTAM15系列的载流能力较高（25℃下约15A保持电流）。产品系列提供多种激活温度额定值（72℃、77℃、82℃、85℃和90℃），可针对特定的电池化学组成或使用概况进行选择。
 

图7：MHP-TAM6系列的典型保持电流 - 温度曲线

图7和8显示了一种MHP-TAM器件在不同环境温度下的典型保持电流。由于MHP-TA器件是热切断（TCO）器件，器件选择应从所需热切断温度入手，同时要始终牢记应用的保持电流要求。由于温度折减，应用设计期间还应考虑较高温度（如60℃）下的保持电流等级。

图8：MHP-TAM15系列的典型保持电流 - 温度曲线

总结
跟上当前在消费电子产品中使用高容量、大尺寸锂聚合物电池的趋势对电池设计人员和制造商提出了许多挑战。MHP-TA器件通过以下优点解决了这些问题：

1）提供可靠的自复式过热保护

2）能够处理大容量LiP和方形电池中的较高电压和电池放电速度

3）结构紧凑、外形纤薄，便于在紧凑型电池组设计中进行电路保护

热激活MHP-TA器件提供自复式过热保护，同时将PPTC器件用作加热器，以确保双金属在故障消除前一直处于闭锁状态。MHP-TA器件是用于保护平板电脑、超薄笔记本电脑、智能手机和其他小型便携式电子设备中的高容量LiP和方形电池的有效TCO解决方案，具有多个激活温度额定值和两个额定电流级别，可提高设计灵活性。