二次保护技术为智能手机快速充电

快速充电智能手机和锂离子电池

智能手机的性能每年都在提高，导致安装在这些设备中的锂离子电池的容量增加。随着电池容量的增加，充电所需的时间也会增加。因此，一些公司现在正在销售可以通过携带比以前更大的电流来更快地充电的智能手机。

5 到 6 年前设计的智能手机通常需要 3 到 4 小时才能充满电，但一些最新的快速充电智能手机可以在大约 30 分钟内充满电。智能手机中使用的锂离子电池需要新的二次保护技术来应对大容量和快速充电的电池。

用于二级保护的保险丝系统：SCP（自控保护器）和 FET（场效应晶体管）

普通智能手机中经常用于保护锂离子电池的解决方案是设计一种结合保护IC和场效应晶体管（FET）的双保护电路。FET连接到检测电压的IC。如果IC检测到超过标准量的电压，则切断流向充放电电路的电流。在下图左侧所示的电路中，电压阈值略有偏移，例如一次保护中的FET-1为4.4V，二次保护中的FET-2为4.5V。这可以实现双重保护。

双FET方法被主要智能手机制造商广泛使用。然而，传统双保护系统中使用的FET的电阻值约为2mΩ。显着降低电阻值的一种方法是使电池更大。电阻值越低，能量损失越小。相反，电阻值越高意味着发热越多（越热），因此电阻越低，最适合抑制发热。

作为一种保护方法，可以使用两个FET。但由于它们的工作方式相同，当发生超出其能力范围的事件时，两个FET都有可能无法工作。为了确保电池的安全性和可靠性，主保护电路和次级保护电路应采用不同的机制。

因此，Dexerials 开发的低电阻 SCP* 越来越多地被采用作为二级保护的保险丝元件来代替 FET。快速充电智能手机需要通过尽可能降低电路元件的电阻来最大限度地减少能量损失，以减少充电过程中产生的热量。SCP型号SFJ-0422U的保险丝电阻为0.9mΩ，是Dexerials用于小型设备的SCP中最小的，不到用于二次保护的一般FET的一半。这导致它被许多快速充电智能手机所采用。

* SCP是用于锂离子电池二次保护的保险丝元件，索尼化学（现为 Dexerials）于 1994 年推出。它现在安装在许多带有锂离子电池的设备中。

上图显示了安装在电路板上的SCP的温度和电流之间的关系。当电流从0.2A增加到5A时，SFJ-0422U的电阻几乎保持不变，为0.9mΩ。尽管温度因焦耳热而升高，但上升是渐进的，并在 +11°C 时停止。 （注：温度仅供参考，受周围环境影响较大。
智能手机制造商在设计产品时不会超过规定温度，以防止长时间使用后发生低温灼伤和其他健康危害。低电阻 SCP 有助于抑制温度升高和功耗。

SCP 体积小，因此被广泛采用于 2 亿台

上图显示了小型低电阻 SCP 的标准产品 SFJ-0412S 如何集成到智能手机的锂离子电池中。在智能手机中，空间有限，保护电路模块必须小型化。在许多情况下，如图所示，模块板又长又窄。因此，安装区域宽度为 3 mm 的 SFJ-0412S 具有非常节省空间的设计。Dexerials 还开发了更小的产品 SFR-0412x（最短边 1.8 mm），以支持保护电路模块的小型化。自 1994 年推出以来，Dexerials 的SCP已被公认为锂离子电池二次保护保险丝的标准组件，截至 2024 年 3 月出货量超过 28.4 亿个。

适用于快速充电设备的SCP（SFJ-0422U）

几年前，应客户要求开始开发用于快速充电智能手机的低电阻 SCP。Dexerials 随后开发了 SFJ-0422U，这是一种低电阻、小尺寸SCP。

目前，Dexerials 正在完成一项具有挑战性的任务，以同时实现低保险丝电阻，以适应快速充电的小型智能手机。增加通过熔断器元件横截面的电流路径可以降低电阻，但相反，元件会变大，从而无法实现小型化。特别是在组件高度有限的情况下，例如在智能手机中，唯一的方法是水平拉长它们，从而获得更大的安装面积。另一方面，小型化减少了通过横截面的电流路径，从而导致熔断器电阻增加。

以下是目前可用的 SCP（SFJ-0412S 和 SFJ-0422U）的产品信息。

综上所述，SCP和FET作为二级保护元件的主要区别在于它们的断路功能。当智能手机的电池出现问题时，保护IC会检测到异常电压，并使用FET关闭电路。然而，这只是暂时的;一旦电压恢复到正常范围，充电和放电就可以再次实现。另一方面，如果电池出现异常过充或过流问题，SCP会熔断保险丝元件，电路将被永久关闭。二次保护元件的存在是为了防止在紧急情况下损坏，因此一旦出现问题，禁用电池作为预防措施会更安全。

事实上，涉及锂离子电池的事故至今仍在报道。Dexerials 将继续改进 SCP，以增强锂离子电池的安全性。