目前，越来越多的大功率应用开始使用锂离子电池，这导致了对更稳健电路保护解决方案的需求。可是，目前针对如电动工具、电动自行车、轻型电动汽车(LEV)和备用电源应用等高倍率放电锂离子电池应用的保护解决方案仍然很少，而传统电路保护技术往往较为大型、复杂而且昂贵。 

金属混合PPTC(MHP)技术正好为锂离子电池应用这一市场趋势提供了一种高性价比而且节省空间的替代选择。MHP器件通过将一个双金属片保护器与一个聚合物正温度系数(PPTC)器件并联，提供了可恢复的过流保护，同时在较大的电流下，还可利用PPTC器件的低电阻来帮助防止双金属片保护器中的电弧放电。 

图1：标准MHP器件的激活步骤。

核心设计概念 

在MHP器件正常工作期间，由于具有低接触电阻，电流可以通过双金属片触点。当异常事件发生时，例如电动工具转子卡住，会在电路中产生较大的电流，引起双金属片触点断开。此时，电流分流至较低电阻的PPTC器件，从而帮助防止触点间的电弧放电，PPTC同时还对双金属片进行加热，使之保持断开并处于锁定位置(图1)。 

如图1所示，MHP器件的激活步骤包括： 

1. 在正常工作期间，因为接触电阻很小，大部分电流通过双金属片。 

2. 当触点开始断开时，接触电阻快速增加。假如接触电阻高于PPTC器件的电阻，由于大部分电流流向PPTC器件，而没有或很少电流流经触点，因此防止了触点间发生电弧放电。当电流分流至PPTC器件后，它的电阻快速增加，达到远大于接触电阻的水平，使PPTC器件升温。 

3. 在触点断开后，PPTC器件开始对双金属片加热，并使之保持断开状态，直到过流事件结束或电源关闭。 

PPTC器件的电阻远低于陶瓷PTC，这意味着即使触点只是少许断开，而接触电阻仅稍微增加，也可将电流分流至PPTC器件，帮助防止在触点上发生电弧放电。通常，室温下陶瓷和聚合物PTC器件之间的电阻率差异在百倍(100:1)，因而当较高电阻的陶瓷PTC器件与双金属片并联组合时，在较大电流下对于抑制电弧放电，它们不如MHP器件有效。

智能激活 

MHP-SA器件是最新一代的MHP技术，它含有一个第三端输入信号端来用作过充保护信号，这使得该器件可利用IC来监测电池的各种主要功能。假如IC检测到异常情况，会通过低功率开关器件发送信号，激活MHP-SA器件并断开主线路，如图2所示。激活步骤如下： 

1. IC监控电池系统的温度、电流、电压的异常情况；

2. FET(或开关)在异常事件下导通(1→3)；

3. 加热器(PPTC)激活并加热双金属片；

4. 触点断开并切断与主线路(1→2)的连接。 

图2：最新代MHP-SA器件整合了一个第三端子，用于外部激活。

图3是以一个电池过充保护的概念和激活步骤的一个范例。该50A/400VDC器件在主线路上具有50A的保持电流。在此例子中，IC监测各个电池电压，在异常电压事件期间，FET导通，加热器(PPTC)激活并加热双金属片，然后触点断开并切断到主线路的电流。 

图3：MHP-SA器件的激活步骤(充电期间)。

智能激活器件的优势包括：

在电池组中提供过充保护；

通过外部激活信号线路，使器件可以利用电池监测IC来检测过压、过热等，并激活器件；

可重置器件(无需因为考虑浪涌电流而选择更高额定值的器件)；

与大型DC保险丝或其它断路器件相比，尺寸更小且外形更薄；

电弧抑制PPTC设计，抑制触点电弧；

可以使用低功率开关线路来断开主线路(可以使用较低成本的FET)。

无弧触点 

图4a和4b所示为仅使用双金属片保护器的电流和电压图形。图4a显示了在24VDC额定电压和20A电流下断开双金属片保护器的典型结果，保护器在1.28ms内断开。图4b则描述了双金属保护器在双倍额定电压下的情形。在故障条件下标准的双金属片保护器发生电弧放电，从触点开始断开到短路熔接的时间为334ms。 

图5a和5b显示了PPTC器件和双金属片器件并联组合的结果，就是电流完全断开。图5a显示从双金属片保护器开始工作，直到PPTC器件完全激活之间的时间延迟为6.48ms。图5b显示了当所施加的电压为额定电压的两倍时，从保护器工作直到电流断开的时间为4.80μs。这一系列图像证明了从双金属片保护器到PPTC器件的平滑转移，保护器触点无熔接，并且显示了PPTC器件如何保护触点防止电弧放电。 

图5：通过PPTC器件和双金属片保护器的并联组合实现了平滑的电流切断。

本文小结 

MHP器件提供了稳健的可重置电路保护解决方案，为电池组设计人员和制造商提供了优化空间、降低成本和增强安全性的方法。MHP器件的无电弧触点技术可用于锂离子电池组和模块，支持更高的电压和电流额定值；随着锂离子技术的不断发展和进步，其应用正变得更为普遍。 

最新的MHP-SA器件包含了一个第三端信号端，该技术允许MHP器件利用现今电子产品中的智能电池监测功能，在用于蓄能系统的大型锂离子电池组和模块中，提供更多的电路保护控制功能。 

MHP和MHP-SA器件技术可以配置用于不同的应用，目前正在开发电压和保持电流更高的器件。未来的设计考虑因素包括备用电源、能量存储系统(ESS)等应用中的锂离子电池保护，以及马达保护等非电池应用。

图4：(a)额定电压下的双金属片保护器。(b)2倍额定电压下的双金属片保护器。