本應(yīng)用筆記介紹如何從舊設(shè)備中回收鋰離子(Li+)電池,以用于其他電子設(shè)備,如玩具。這一切都可以在不需要微控制器(或所需的軟件)的情況下完成。一個挑戰(zhàn)是這些舊設(shè)備中的電池充電器通常不能重復(fù)使用。設(shè)計人員需要創(chuàng)建自己的充電器電路,本應(yīng)用筆記將詳細(xì)解釋如何創(chuàng)建。
介紹
重復(fù)使用廢棄設(shè)備的鋰離子電池可能非常棘手,因為這些電池通常在設(shè)備內(nèi)部充電。換句話說,沒有可以重復(fù)使用的單獨充電器。幸運的是,事實證明,為二手(或新)鋰離子電池制造充電器相當(dāng)容易。
像大多數(shù)人一樣,您可能周圍有使用鋰離子電池供電的舊設(shè)備。這種類型的電池已用于過去幾年生產(chǎn)的大多數(shù)便攜式設(shè)備,因為它可以很容易地制造成各種尺寸和形狀,并且具有相對較大的容量(與NiMH和NiCd電池相比)。
您可以用被更新,更好的版本取代的舊MP3播放器或手機做什么?通常電子產(chǎn)品不能用于任何其他目的,但電池仍然可以使用,即使是玩具。由于電子愛好者往往是一個有創(chuàng)造力的人,他們通常會找到一種方法來整合和回收電池。例如,作者用鋰離子電池替換了樂高火車上的三個手電筒電池(見圖1)。?
圖1.帶有三個手電筒電池的板子被一個鋰離子電池取代,用于樂高火車。
但是,這仍然需要為電池充電。原始設(shè)備通常包含一個用于電池的特殊充電器電路,最有可能在PCB的一小部分上。很難確定哪些組件是充電器電路的一部分,因為通常沒有用于便攜式設(shè)備的電路圖。在這種情況下,我們只需要建造自己的鋰離子充電器!
巡回賽
本文所述的充電器電路圍繞Maxim集成公司生產(chǎn)的鋰離子充電器IC構(gòu)建,即MAX8677A(見圖2)。該IC完全自主工作,因此不需要微控制器(因此不需要軟件)!MAX8677A使用多個LED指示充電過程的狀態(tài)。
圖2.MAX8677A內(nèi)部電路框圖
MAX8677A非常靈活,具有智能電源選擇器?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(見圖3),由三個電子開關(guān)組成,根據(jù)情況引導(dǎo)充電和負(fù)載電流。利用外部電源,MAX8677A可以利用可用電源為電池充電和供電。如果負(fù)載需要的功率超過充電器所能提供的功率,MAX8677A可以使電池提供額外的電流。當(dāng)沒有可用的外部電源時,負(fù)載僅由電池供電。
MAX8677A可通過引腳15和16 (USB)從USB端口供電。在這種情況下,消耗的電流限制為500mA(USB 2.0端口的最大電流)。該 IC 也可通過引腳 2 和 3 (DC) 由適配器供電,其中電流限制可增加到最大 2A。
圖3.智能電源選擇器技術(shù)根據(jù)需求分配充電和負(fù)載電流。
對于本應(yīng)用筆記(圖4)中的充電器電路,我們使用直流輸入,這為我們設(shè)置各種限值提供了更大的靈活性。輸入端的工作電壓介于 4.1V 至 6.6V 之間。如果電壓過高,MAX8677A關(guān)斷輸入以防止輸入過熱。該 IC 可承受高達(dá) 14V 的電壓尖峰。
充電狀態(tài)由 D1、D2 和 D3 提供。指示以下三種狀態(tài):電池正在充電 (LED D3)、電池已充滿電 (LED D1) 或電池出現(xiàn)故障 (LED D2)。
圖4.完整的充電器電路主要由MAX8677A和微型USB連接器組成。
該IC可以設(shè)置兩個電流限值:一個用于最大充電電流,另一個用于最大輸入電流。第二個值應(yīng)始終大于第一個值。如果不是這種情況,則永遠(yuǎn)無法達(dá)到編程的最大充電電流,因為它不能高于最大輸入電流。這兩個限值均使用電阻器設(shè)置。
最大充電電流:
ICHGMAX = 3000/RISET = 3000/R9 = 3000/5.6kΩ = 535mA
最大輸入電流:
IDCMAX = 3000/RPSET = 3000/R6 = 3000/3.3kΩ = 909mA
顯然,您可以根據(jù)適配器的額定功率、設(shè)備的功耗和所需的負(fù)載電流選擇更合適的值。MAX8677A可提供1.5A的最大充電電流。
我們使用了迷你USB連接器,這使得使用現(xiàn)代電源適配器為電路供電變得容易。這也確保了我們使用5V電源。最大輸入電流應(yīng)根據(jù)適配器的額定值進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)適配器可以提供至少 1A 的電流時,電路運行良好。
有NTC熱敏電阻嗎?
電池通常配有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻,用于防止電池在過高或過低的溫度下充電。因此,電池有三個連接:正極端子(BAT+)、負(fù)極端子(BAT-)和NTC熱敏電阻的連接(見圖5)。請注意,一些具有三個連接的電池內(nèi)部只有一個用于識別的普通電阻器。普通電阻的值將是恒定的,不會隨電池溫度而變化。
圖5.大多數(shù)具有三個連接的鋰離子電池都連接了一個內(nèi)部NTC熱敏電阻,如圖所示。
回到圖4,當(dāng)使用NTC熱敏電阻時,它應(yīng)該連接在THM引腳和地之間(通過BAT連接)。在THM引腳和基準(zhǔn)電壓(VL)之間還連接了一個電阻(R7),從而產(chǎn)生一個電位分壓器。選擇電阻值,使其在+25°C溫度下具有與NTC熱敏電阻相同的值。 +25°C 時 THM 引腳上的電壓將等于 0.5 VL。當(dāng)溫度上升或下降時,NTC熱敏電阻的電阻下降或上升,THM引腳上的電壓也會下降或上升。僅當(dāng)此電壓介于 0.28 VL 和 0.74 VL 之間時,設(shè)備才會充電。對于現(xiàn)代NTC熱敏電阻,這對應(yīng)于0°C至50°C之間的溫度。 當(dāng)沒有NTC熱敏電阻可用時,應(yīng)添加R8,這會導(dǎo)致THM引腳上的電壓為0.5 VL。
連接提示
如果您重復(fù)使用手機電池,默認(rèn)情況下它已經(jīng)具有保護(hù)電路,可防止電池過載和放電太深。但是,如果您想使用單個電池,例如從舊筆記本電腦電池組中取出的電池,那么您將不得不制作自己的保護(hù)電路。電池組內(nèi)的電路設(shè)計用于保護(hù)整個電池組,因此不能用于保護(hù)單個電池。
一個簡單的保險絲(在圖4中顯示為FS1,它是PCB上的表面貼裝器件或SMD保險絲)提供足夠的過載保護(hù),這意味著分離的電池完全可用。但是,保險絲不能提供任何防止深度放電的保護(hù)。當(dāng)這些類型的電池放電過多時,可能會損壞它們。當(dāng)歐姆負(fù)載(例如小白熾燈泡)連接時間過長時,可能會發(fā)生這種情況。但是,一旦電源電壓降至某個值以下,大多數(shù)器件將停止工作,從而阻止電池進(jìn)一步放電。因此,保險絲是否提供足夠的保護(hù)在很大程度上取決于所連接設(shè)備的類型。
建設(shè)
對于這個項目,我們設(shè)計了一個緊湊型PCB,它使用大量的SMD(見圖6)。這種設(shè)計使PCB非常小,這使得它更容易內(nèi)置到設(shè)備中。電路板布局和用于蝕刻PCB的掩模均使用DesignSpark? PCB制成,可從Maxim網(wǎng)站下載。
圖6.為此充電器設(shè)計的PCB已保持盡可能小,以便于將其構(gòu)建到現(xiàn)有設(shè)備中。
為了安裝 SMD,您需要一些靈巧性和焊接經(jīng)驗。對于TQFN封裝的MAX8677A,理想情況下應(yīng)使用回流焊爐,因為引腳和裸焊盤位于4mm x 4mm封裝的底部。但是,您也可以手動焊接設(shè)備。以下各節(jié)將介紹這兩種情況。
使用回流爐
使用回流爐后,您需要進(jìn)行以下連接。PCB上有孔,用于連接LED、電池和負(fù)載,因此可以通過電線輕松連接。mini-USB 連接器有兩個塑料引腳,適合 PCB 上的相關(guān)孔,用于對齊插座。如果您不想使用mini-USB連接器,則可以使用這兩個孔來連接電源。在這種情況下,您必須確保電源電壓為5V。
手工焊接TQFN封裝的MAX8677A
如果您有足夠的經(jīng)驗,可以用熱風(fēng)烙鐵安裝MAX8677A,但回流爐使工作更加輕松。這里描述的方法解釋了如何使用普通烙鐵安裝器件(見圖7),即使自制PCB沒有通孔電鍍。
圖7.通過手工焊接一個孔安裝MAX8677A的步驟。
在蝕刻電路板之前,請確保僅保留IC裸露焊盤中的中心孔。周圍的其他八個孔可以從軟件的設(shè)計中刪除,或者您可以使用氈筆填充掩模上的孔,這樣它們就不會出現(xiàn)在PCB上。
在裸露墊的中心鉆一個 1.5 毫米的孔。
將芯片放置在 PCB 上。
沿芯片側(cè)面焊接所有觸點。使用利茲線整理一切。(作者使用體視顯微鏡來很好地觀察一切。
當(dāng)頂部的所有觸點都已正確焊接后,翻轉(zhuǎn)電路板并將幾塊焊料放入孔中。
找一根緊貼在 1.5 毫米孔中的實心銅電纜,并使用銼刀使其中一端完全平坦。將此端穿過孔并使用烙鐵加熱。在某些時候,銅線變得如此之熱,以至于孔中的焊料開始熔化。銅線將略微縮回并與芯片的裸露焊盤接觸。
然后將這根電線焊接到 PCB 焊接側(cè)的接地層.
現(xiàn)在,您將在芯片的裸露焊盤和PCB焊接側(cè)的接地層之間建立良好的電氣和熱連接。
審核編輯:郭婷
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