智慧型手機、平板電腦等日益普及的可攜式消費電子產品不但設計時尚，而且外形越來越輕薄，而統稱為鋰電池的鋰離子（Li-ion）和鋰聚合物（LiP）電池已經成為這些應用不可或缺的電源。由於傳統的圓柱形電池已難以滿足消費產品對電池技術和外形尺寸的要求，因此市場對能量密度高、外形尺寸小和設計靈活的鋰電池的需求也水漲船高。這些電池需要更小的電路保護器件，以在更薄且更緊湊的可攜式產品中提供強大的保護功能。

保護需求

鋰電池組對於外部短路、充電失控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等機構還針對鋰離子和鋰聚合物電池組制定了強制執行的安全規範和既定測試要求，以確保它們能夠抵禦短路和過充情況。

過充電、深度放電或短路情況可能產生熱量而導致鋰電池芯膨脹、破裂或起火。雖然電池芯內部的故障不太普遍，但如果提供電池過熱、過充、欠壓或過壓保護的電池組保護電路發生故障，便可能引起熱失控，繼而產生災難性故障。這些電子設備通常含有保護控制模組（Protection Control Module；PCM），其中可能內置電量計、充電控制或者一個IC和FET器件，因此多電池芯構成的電池組需要多級保護。

不同化學特性的電池，需要特定的充電曲線來優化性能，並將潛在的危害減到最小。如果這一特性曲線沒有滿足，則可能發生過充情況。若出現過流或過壓情況，或者兩者結合，都可能導致電池芯出現過充。如果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，當完全充電的電池芯承受過大電壓，便會因為溫度上升而導致內部化學性能衰退。

PolySwitch PPTC器件

低溫PolySwitch PPTC（正溫度係數聚合物）器件特別適用於限制充電電流不超過電池組的正常工作溫度。該器件具有復位功能，可確保因為暴露於高儲存溫度（如在大熱天將手機留在車中）而引起的誤動作 不會使電池組永久失效。由於電池組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方法。

鋰電池組通常包括能夠檢測和實施過壓、欠壓、過熱和過流保護的IC器件。IC和MOSFET可作為主要的電池保護，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。

PolySwitch PPTC器件與電池串連，如果控制電路發生故障，便可提供二級保護。雖然半導體電路一般是可靠的，但主要保護電路可能會在一些情況下發生故障，包括過高的靜電放電、短路狀態下的高溫或振盪。這時，PolySwitch PPTC器件將有助於提供充電和放電時的電池過熱保護，以及多重過流保護。如果電路中加入了PolySwitch PPTC器件，隨著電池溫度上升，PPTC周圍溫度相應上升，縱使較小的電流也會觸發PPTC的保護功能。

PolySwitch PPTC器件具有低電阻特性，有助於滿足電池組的低電阻需求，在發生過充電的情況下，其低動作溫度亦有助於防止電池的熱失控。PolySwitch PPTC可復位器件具有各種外形尺寸和額定電流，以及從攝氏85度 至125度的一系列熱保護溫度。

PolySwitch 帶狀產品

PolySwitch PPTC 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組、方形電池，甚至軟包裝電池中，並可應用於特定化學性或使用規範的電池。PPTC「帶狀」器件的外形尺寸有如扁平的標籤，能夠使用點焊方式連接到電池芯或電池組的條帶上（圖一）。

圖一 : PPTC strap器件（右上）為保護電池單元提供了節省空間的解決方案

PolySwitch PPTC表面黏著器件

PolySwitch PPTC表面黏著（surface-mount）產品體積小，有助於節省電路板空間和降低成本，適合空間受限的電池保護板應用。例如miniSMDxxxx和miniSMDxxxLR （低電阻）器件的外形薄，尺寸小，可以使用回流焊製程。儘管多數表面黏著的PPTC器件都已經擁有低電阻的特性，但這些miniSMDxxxLR器件的電阻更低，有助於進一步降低系統的電阻。

PolySwitch PPTC 圓環器件

PolySwitch PPTC環狀器件是使用PTC材料製造的圓環，可以放入Li-ion 18650圓柱形狀電池頭部，在裝配之前的運輸期間保護電池芯。這些環狀器件還可保護單獨銷售給消費者使用的AA和AAA尺寸非充電電池。

PolySwitch PPTC L型帶狀器件

PolySwitch PPTC L型帶狀器件為鋰電池應用提供一個可點焊及可回流焊的方案，而且在室溫下的工作電流高達4A，適用於高性能平板電腦。此外，它們還具有超低電阻，有助於維持系統低電阻。如果將保護電路放置在接近電池芯的地方，便毋須使用較長的金屬連接片，有助於提升熱感測性能。

L-Tab器件可以通過回流焊方式焊接到電池PCM上，該器件的L形狀一端可以直接點焊到電池芯的電極上，從而節省成本。此外，當折疊PCM放入電池組時，其L形狀有助於減少生產步驟。

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）器件為較高能量的鋰聚合物電池組提供了可節省空間的創新解決方案，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並聯的PPTC器件。它們在攝氏72度至90度溫度下進行熱保護，同時採用小型SMD封裝，提供高耐壓和低保持電流。MHP-TA器件的優勢包括極低電阻、熱關斷能力、閉鎖保護以及復位能力。由於內置PPTC在故障期間會保持雙金屬觸點打開，所以消除了傳統雙金屬片的非閉鎖特性。

表面黏著式保險絲

表面黏著式保險絲可以提供不可恢復保護，避免可能引起的災難性後果。TE電路保護部為這些器件提供了從0402到1206的表面黏著封裝尺寸範圍，大多數安全標準限制了最大熔斷器電流為5A。保險絲會在發生故障時熔斷，使電池組永久失效。若希望某個應用在電路發生過流故障時永久關斷，便應該使用保險絲，而不是可恢復的PolySwitch PPTC。

結論

電池組的趨勢是朝更高的空間效率發展，這就需要尺寸更小的保護器件。現在，電池應用設計人員可從一系列不同外形尺寸和特性的保護器件中選擇合適的產品來滿足其設計需求。（本文作者Sirikhit Maniraj為TE Connectivity應用工程組科學家）