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為大電流放電鋰離子電池應(yīng)用提供可復(fù)位電路保護(hù)的新方案

發(fā)布時(shí)間:2011-07-19

中心議題: 解決方案:
  • 傳統(tǒng)解決方案與 MHP 器件
  • 將MHP 器件用于高倍率放電鋰離子電池組應(yīng)用

應(yīng)用于無(wú)線電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、后備電源等領(lǐng)域的大電流放電鋰離子電池快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)催生了對(duì)大電流(在30V直流電壓下,保持電流在30A以上)電路保護(hù)器件的需求。為了滿足該需求,泰科電子開發(fā)了一種新型的MHP保護(hù)器件。該器件由一個(gè)雙金屬保護(hù)器及一個(gè) PPTC(聚合物正溫度系數(shù))器件并聯(lián)而成。這種器件既能提供可復(fù)位的過(guò)電流保護(hù)保護(hù)功能,又可利用 PPTC 器件的低電阻特性來(lái)抑制雙金屬保護(hù)器在大電流條件下動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電弧。

傳統(tǒng)解決方案與 MHP 器件

大電流電鋰離子電池組應(yīng)用需要穩(wěn)定、可靠的電路保護(hù);但是,目前可用的傳統(tǒng)電路保護(hù)裝置普遍較大、較復(fù)雜或價(jià)格較高。有些電路保護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)合使用 IC 和 MOSFET 或類似復(fù)雜方案;有些考慮在30A+工作電流的直流電應(yīng)用中采用雙金屬保護(hù)器,但必須用很大的觸點(diǎn)才能承受這么高的電流,結(jié)果導(dǎo)致保護(hù)裝置體積過(guò)大。此外,由于觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電弧可能損壞觸點(diǎn),所以還必須限制動(dòng)作次數(shù)。

相比之下,泰科電子開發(fā)的新型 MHP 綜合器件可代替或減少某些復(fù)雜 IC/FET 電池保護(hù)設(shè)計(jì)中所用的放電 FET 及散熱器件。將MHP 器件用于高倍率放電鋰離子電池組應(yīng)用可減少空間占用,節(jié)約成本,提高保護(hù)性能。

工作原理


在正常狀態(tài)下,由于雙金屬片的電阻低,電流通過(guò)雙金屬片流過(guò)。在異常情況下,比如電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子閉鎖時(shí),電路中將產(chǎn)生很高的電流,導(dǎo)致雙金屬觸點(diǎn)打開,其接觸電阻為大電流放電鋰離子電池應(yīng)用提供可復(fù)位電路保護(hù)的新方案增加。此時(shí)電流將通過(guò)低電阻的PPTC流過(guò)。流過(guò)PPTC的電流,不僅抑制了觸點(diǎn)之間電弧的產(chǎn)生,同時(shí)又加熱雙金屬片,使其保持在打開狀態(tài)和鎖定位置。這種集成設(shè)計(jì)滿足了大電流直流應(yīng)用中具有電弧抑制功能的可復(fù)位過(guò)流保護(hù)器件的要求。

如圖 1 所示,MHP 器件的動(dòng)作步驟包括:

1、 在正常工作過(guò)程中,由于接觸電阻非常低,所以大部分電流將通過(guò)雙金屬。

2、 觸點(diǎn)開始打開,接觸電阻迅速上升。當(dāng)接觸電阻高于PPTC 器件電阻時(shí),大部分電流將分流至 PPTC器件,流經(jīng)觸點(diǎn)的電流會(huì)很少或完全沒(méi)有,從而防止觸點(diǎn)之間產(chǎn)生電弧。當(dāng)電流分流至 PPTC 器件時(shí),其電阻迅速上升,并達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于接觸電阻的水平,使 PPTC 溫度上升。

觸點(diǎn)打開后,PPTC 器件開始對(duì)雙金屬進(jìn)行加熱,讓其保持打開狀態(tài),直到過(guò)電流條件消失或電源關(guān)閉為止。PPTC器件的電阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陶瓷PTC 器件電阻,也就是說(shuō)即使觸點(diǎn)只打開一小部分,接觸電阻只是略有上升,電流也會(huì)被分流至 PPTC 器件,從而有效防止觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧。一般情況下,陶瓷PTC 器件與聚合物PTC 器件的電阻相差約 10的兩次方(x10^2)。所以,電阻較高的陶瓷 PTC 裝置在抑制高電流電弧放電方面遠(yuǎn)不如聚合物 PTC 器件有效。

總結(jié)


本文通過(guò)對(duì)為大電流放電鋰離子電池應(yīng)用提供可復(fù)位電路保護(hù)的新方案的討論,提出了傳統(tǒng)解決方案與 MHP 器件的解決方案。將MHP 器件用于高倍率放電鋰離子電池組應(yīng)用可減少空間占用,節(jié)約成本,提高保護(hù)性能。因此,通過(guò)本文我們能找到可復(fù)位電路保護(hù)的解決途徑及思路。
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