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博客

为大电流放电锂离子电池应用提供可复位电路保护的新方案

已有 343 次阅读2012-11-21 16:13

应用于无线电动工具、电动自行车、后备电源等领域的大电流放电锂离子电池快速增长的市场催生了对大电流(在30V直流电压下,保持电流在30A以上)电路保护器件的需求。为了满足该需求,泰科电子开发了一种新型的MHP保护器件。该器件由一个双金属保护器及一个 PPTC(聚合物正温度系数)器件并联而成。这种器件既能提供可复位的过电流保护保护功能,又可利用 PPTC 器件的低电阻特性来抑制双金属保护器在大电流条件下动作时产生电弧。

传统解决方案与 MHP 器件

大电流电锂离子电池组应用需要稳定、可靠的电路保护;但是,目前可用的传统电路保护装置普遍较大、较复杂或价格较高。有些电路保护设计结合使用 IC MOSFET 或类似复杂方案;有些考虑在30A+工作电流的直流电应用中采用双金属保护器,但必须用很大的触点才能承受这么高的电流,结果导致保护装置体积过大。此外,由于触点之间产生电弧可能损坏触点,所以还必须限制动作次数。

相比之下,泰科电子开发的新型 MHP 综合器件可代替或减少某些复杂 IC/FET 电池保护设计中所用的放电 FET 及散热器件。将MHP 器件用于高倍率放电锂离子电池组应用可减少空间占用,节约成本,提高保护性能。

工作原理

在正常状态下,由于双金属片的电阻低,电流通过双金属片流过。在异常情况下,比如电动工具转子闭锁时,电路中将产生很高的电流,导致双金属触点打开,其接触电阻为大电流放电锂离子电池应用提供可复位电路保护的新方案增加。此时电流将通过低电阻的PPTC流过。流过PPTC的电流,不仅抑制了触点之间电弧的产生,同时又加热双金属片,使其保持在打开状态和锁定位置。这种集成设计满足了大电流直流应用中具有电弧抑制功能的可复位过流保护器件的要求。

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。

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。

触点打开后,PPTC 器件开始对双金属进行加热,让其保持打开状态,直到过电流条件消失或电源关闭为止。PPTC器件的电阻要远远低于陶瓷PTC 器件电阻,也就是说即使触点只打开一小部分,接触电阻只是略有上升,电流也会被分流至 PPTC 器件,从而有效防止触点产生电弧。一般情况下,陶瓷PTC 器件与聚合物PTC 器件的电阻相差约 10的两次方(x10^2)。所以,电阻较高的陶瓷 PTC 装置在抑制高电流电弧放电方面远不如聚合物 PTC 器件有效。

 


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