便攜式消費電子產品中的鋰電池保護

隨著設計時尚且外形較薄的便攜式消費電子產品，比如智能手機、平板電腦和其它先進的手持式電子產品變得日益普及，鋰離子(Li-ion)和鋰聚合物(Lip)電池(統稱為鋰電池)，已經成為這些使用非得采用的電源。隨著用于消費產品的電池技術和外形尺寸沖破了傳統的圓柱形電池，鋰電池因其高能量密度、小外形尺寸和設計靈活性而需求不斷上升。這些電池要更小的電路保護器件，在更薄且更緊湊的低側高便攜產品中供應強大的保護功能。

1保護需求

鋰電池包關于外部短路、充電失控情況和濫用過充所引起的故障非常敏感，這些故障可能造成具有破壞性的過流和過熱情況。此外，UL、IEC和IEEE等機構針對鋰離子和鋰聚合物電池包制定了強制執行的安全規范和既定探測要求，以證實它們能夠抵御短路和過充事件。

過充電、深度放電或短路情況可能出現熱量而導致鋰電池芯膨脹、破碎或可能起火。雖然電池芯內部的故障不太普遍，但供應電池過熱或過充保護及欠壓或過壓保護的電池包保護電路發生故障便可能引起熱失控，有可能出現災難性故障。這些電子設備通常含有保護控制模塊(protectionControlModule,pCM)，保護模塊可能蘊含電量計、充電控制或者一個IC和FET器件，因此多電池芯構成的電池包要多級保護。

不同化學特性的電池要特定的充電曲線來優化性能并最大限度地減小潛在的危害。倘若這一特性曲線沒有滿足，則可能發生過充情況。過流或過壓情況或者兩者的結合，都可能導致電池芯的過充。倘若充電電流或電壓超過規定值，電池溫度便可能急劇升高。在典型的過充故障中，當過大電壓加在完全充電的電池芯上，電池芯的溫度便會上升，導致電池芯內部的化學性能衰退。

2polySwitchppTC器件

低溫polySwitchppTC(正溫度系數聚合物)器件特別適用于限制充電電流不超過電池包的正常工作溫度。該器件的可復位功能可確保因為暴露于高存儲溫度而引起的誤動作(如在大熱天將手機留在車中)而不會使電池包永久失效，而且，由于電池包可能遇到的大多數故障情況相對少見，或者只是偶發事件，因此可復位保護通常是首選辦法。

鋰電池包通常包括能夠測試和執行過壓保護、欠壓保護、過熱保護和過流保護的IC，IC和MOSFET用作緊要的電池保護，連同電量計來跟蹤電池容量、充電狀態(百分比)、用完時間(分鐘)、電池電壓(mV)和溫度。

polySwitchppTC器件與電池串連，倘若控制電路發生故障便可供應二級保護。雖然半導體電路被認為是可靠的，但在有些情況下，包括過高的靜電放電、短路狀態下的高溫或振蕩，緊要保護電路可能會發生故障。這時，polySwitchppTC器件能幫助供應充電和放電時的電池過熱保護，以及多重過流保護。倘若電路中加入了polySwitchppTC器件，隨著電池溫度上升，ppTC周圍溫度相應上升，較小的電流就會觸發ppTC的保護功能。

polySwitchppTC器件具有低電阻特性，有助于滿足電池包的低電阻需求，在發生過充電的情況下，其低動作溫度有助于戒備電池的熱失控。polySwitchppTC可復位器件具有各種外形尺寸和額定電流，以及從85℃至125℃的一系列熱保護溫度。

polySwitch帶狀產品

polySwitchppTC帶狀產品包括SRp、LR4、VTp、VLR、VLp、MGp和MXp系列，這些器件能夠安裝在圓柱形電池包、方形電池，甚至軟包裝電池中，能夠使用于特定化學性或使用規范的電池。ppTC帶狀器件被設計成具有標簽相同的扁平外形，被便于使用點焊方式連接到電池芯或電池包的條帶上(圖1)。

polySwitchppTC表面貼裝器件

polySwitchppTC表面貼裝產品體積小，有助于節省電路板空間和降低成本，非常適合空間受限的電池保護板使用。例如，miniSMDxxxx和miniSMDxxxLR(低電阻)器件具有薄和小外形尺寸，可以使用回流焊工藝。盡管多數表面貼裝ppTC器件都已經具備低電阻，但這些miniSMDxxxLR器件能供應更低的電阻，有助于維持系統的低電阻。

polySwitchppTC圓環器件

polySwitchppTC環狀器件是使用pTC材料制造的圓環，可以放入Li-ion18650圓柱形狀電池頭部，在電池芯裝配之前的運輸和搬運期間保護電池芯。這些環狀器件還可為AA和AAA尺寸的非充電電池供應保護，而這些電池可以單獨銷售予消費者使用。

polySwitchppTCL型帶狀器件

polySwitchppTCL型帶狀器件為鋰電池使用供應一個可點焊及可回流焊辦法，在室溫下的工作電流高達4A，適用于高性能平板電腦。此外，它們還具有超低電阻，有助于維持系統低電阻。將保護電路放置在接近電池芯的地方，能夠減少較長的金屬連接片，有助于提升熱感測性能。

L-Tab器件可以通過回流焊焊接到電池pCM上，該器件的L形狀一端可以筆直點焊到電池芯的電極上，從而節省成本。此外，當折疊pCM以放入電池包時，其L形狀有助于減少加工流程。

3具有熱保護功能的金屬混合ppTC器件(MHp-TA)

MHp-TA(熱保護)系列MHp(金屬混合ppTC)器件為較高能量鋰聚合物電池包供應了創新性的節省空間處理辦法，這些超薄、可復位熱關斷(TCO)器件包括一個與雙金屬片斷路器并聯的ppTC器件。它們在72C°至90C°溫度下進行熱保護，同時采用小型SMD封裝，供應高耐壓和低保持電流。MHp-TA器件的優點包括極低的電阻、熱關斷能力并供應閉鎖保護，以及復位能力。由于內置ppTC在故障期間保持了雙金屬觸點打開，所以消除了傳統雙金屬片的非閉鎖特性。

4表面貼裝保險絲

表面貼裝保險絲可以供應可能引起災難性后果的不可恢復保護，TE電路保護部為這些器件供應了從0402到1206的表面安裝封裝尺寸范圍，大多數安全標準限制了最大熔斷器電流為5A。在發生故障時熔斷保險絲，使電池包永久失效。當某個使用發生過流故障時希望電路永久關斷，此時要的是保險絲而不是可恢復的polySwitchppTC。

5總結

電池包的發展趨勢是更高的空間效率，這就要更小的保護器件。今朝，電池使用設計人員。可以從一系列不同外形尺寸和特性的各種保護器件中進行選擇，以滿足他們的設計需求。

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