本文描述一种全新的混合器件技术，它可提供一种紧凑、稳健的电路保护器件，能够在额定电压超 过30VDC的情况下提供大于30A的保持电流。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。因此，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情况下产生电弧，同时还能加热双金属片，使 其保持在打开和锁定状态。

混合技术——设计概念

高 倍率放电锂离子电池组应用要求稳健、可靠的电路保护。同时，市场对更轻、更小设备的需求日益增长，这意味着这些电池设计必须提供更高的可靠性，同时占用更 少的空间。为迎合这种市场趋势，新的MHP混合器件应运而生。它能够在用来替代许多复杂IC/FET电池保护设计中所使用的放电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，由于其低接触电阻， 电流通过双金属片接点流过。当一次异常情况发生时，比如电动工具转子闭锁，电路中将产生更大的电流，导致双金属片接点打开并出现接触电阻增加。此时，电流 将流经电阻更低的PPTC器件并防止触点之间电弧的产生，同时又加热双金属片，使其保持在打开锁定状态。如图1所示，MHP器件的启动步骤包括：

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. 接点开始打开，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，所剩下的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，直到过流条件消失或电源关闭为止。

图1：MHP器件的动作步骤。

一 款PPTC器件的电阻要远低于一款陶瓷PTC器件电阻，也意味着即使触点只打开一小部分，接触电阻也只是略有上升，电流都会被分流到PPTC器件，从而有 效防止触点间产生电弧。通常在室温下，陶瓷PTC器件和聚合物PTC器件的电阻相差约两个数量级(x10^2)，所以，当电阻较高的陶瓷PTC器件与一个 双金属片并联使用时，在抑制大电流电弧放电方面远不如MHP器件来得有效。

将一个双金属片和PPTC结合在一起

图 2a和2b显示了只使用一个双金属片保护器时的电流和电压情况。图2a显示了双金属片保护器在24VDC/20A额定条件下实现打开的典型结果。它在 1.28毫秒后打开。图2b揭示了双金属片保护器在被施加两倍额定电压下的表现。一个标准的双金属片保护器在故障条件下产生了电弧，从触点开始打开到触点 融连(短路)的时间是334毫秒。

图2a：在额定电压下的双金属片保护器 图2b：在两倍额定电压条件下的双金属片保护器

图3显示了并联使用PPTC器件和双金属保护器的结果——电流被明显切断。从双金属片保护器开始动作到PPTC器件被完全激活的时间是6.48毫秒，可这见于图3的左侧。图3的右图表明，当施加的电压两倍于额定电压时，从保护器开始动作到电流被切断的时间是4.8微秒。

这两幅图像显示了从双金属片保护器向PPTC器件的平稳过渡，保护器触点不会产生融化粘连，还可看到PPTC器件如何帮助防止产生电弧而保护接点。

图3：在两倍于额定电压时并联的PPTC器件和双金属保护器。

触点尺寸和电阻值

在 一款典型的双金属片保护器上接点只位于一个地方，所以其耐压能力并不强。在单接点设计中，因为较大的电流所需要的接点尺寸会很大，MHP器件采用一种被称 为“双闭合”或“双断开”接点设计，从而大大缩小了器件的尺寸。该技术与一个典型的双金属片保护器相比，具有以下几点优势：

1.由于电流路径极短，所以器件的电阻非常低；

2.只有接点才会产生热能，从而可以使用热控制方法来实现准确的热激活；

3.它使MHP器件与其他额定参数相当的断路器相比，而可以更加紧小巧。

相比之下，因为标准的双金属片触点仅位于一个位置，所以它的耐压特性不如MHP器件。

结论

混 合式MHP器件通过集成一个双金属片保护器和一个PPTC器件，可提供自复位的过电流保护，并利用PPTC器件的低电阻来抑制了较大电流时的电弧放电。这 种方法提供了一种耐用的、可自复位的电路保护方案，为锂离子电池组设计师提供了一种优化空间、降低成本并且满足未来电池安全性标准的有效方法。

MHP 器件的可扩展技术可以针对不同应用进行配置。目前正在开发适用于更高电压(最高可达400VDC)和更高工作电流(60A)的器件。用于保护太阳能系统和 其它后备电源应用中使用的锂离子电池组和模块的设计概念也在开发中。通过包括用作一条信号线的第3个端子，这些MHP器件可以使用“智能激活”检测技术监 视电池的各种重要功能。