锂离子电池回收变得简单

本应用笔记介绍如何从旧设备中回收锂离子（Li+）电池，以用于其他电子设备，如玩具。这一切都可以在不需要微控制器（或所需的软件）的情况下完成。一个挑战是这些旧设备中的电池充电器通常不能重复使用。设计人员需要创建自己的充电器电路，本应用笔记将详细解释如何创建。

介绍

重复使用废弃设备的锂离子电池可能非常棘手，因为这些电池通常在设备内部充电。换句话说，没有可以重复使用的单独充电器。幸运的是，事实证明，为二手（或新）锂离子电池制造充电器相当容易。

像大多数人一样，您可能周围有使用锂离子电池供电的旧设备。这种类型的电池已用于过去几年生产的大多数便携式设备，因为它可以很容易地制造成各种尺寸和形状，并且具有相对较大的容量（与NiMH和NiCd电池相比）。

您可以用被更新，更好的版本取代的旧MP3播放器或手机做什么？通常电子产品不能用于任何其他目的，但电池仍然可以使用，即使是玩具。由于电子爱好者往往是一个有创造力的人，他们通常会找到一种方法来整合和回收电池。例如，作者用锂离子电池替换了乐高火车上的三个手电筒电池（见图1）。®

图1.带有三个手电筒电池的板子被一个锂离子电池取代，用于乐高火车。

但是，这仍然需要为电池充电。原始设备通常包含一个用于电池的特殊充电器电路，最有可能在PCB的一小部分上。很难确定哪些组件是充电器电路的一部分，因为通常没有用于便携式设备的电路图。在这种情况下，我们只需要建造自己的锂离子充电器！

巡回赛

本文所述的充电器电路围绕Maxim集成公司生产的锂离子充电器IC构建，即MAX8677A（见图2）。该IC完全自主工作，因此不需要微控制器（因此不需要软件）！MAX8677A使用多个LED指示充电过程的状态。

图2.MAX8677A内部电路框图

MAX8677A非常灵活，具有智能电源选择器™拓扑结构（见图3），由三个电子开关组成，根据情况引导充电和负载电流。利用外部电源，MAX8677A可以利用可用电源为电池充电和供电。如果负载需要的功率超过充电器所能提供的功率，MAX8677A可以使电池提供额外的电流。当没有可用的外部电源时，负载仅由电池供电。

MAX8677A可通过引脚15和16 （USB）从USB端口供电。在这种情况下，消耗的电流限制为500mA（USB 2.0端口的最大电流）。该 IC 也可通过引脚 2 和 3 （DC） 由适配器供电，其中电流限制可增加到最大 2A。

图3.智能电源选择器技术根据需求分配充电和负载电流。

对于本应用笔记（图4）中的充电器电路，我们使用直流输入，这为我们设置各种限值提供了更大的灵活性。输入端的工作电压介于 4.1V 至 6.6V 之间。如果电压过高，MAX8677A关断输入以防止输入过热。该 IC 可承受高达 14V 的电压尖峰。

充电状态由 D1、D2 和 D3 提供。指示以下三种状态：电池正在充电 （LED D3）、电池已充满电 （LED D1） 或电池出现故障 （LED D2）。

图4.完整的充电器电路主要由MAX8677A和微型USB连接器组成。

该IC可以设置两个电流限值：一个用于最大充电电流，另一个用于最大输入电流。第二个值应始终大于第一个值。如果不是这种情况，则永远无法达到编程的最大充电电流，因为它不能高于最大输入电流。这两个限值均使用电阻器设置。

最大充电电流：

ICHGMAX = 3000/RISET = 3000/R9 = 3000/5.6kΩ = 535mA

最大输入电流：

IDCMAX = 3000/RPSET = 3000/R6 = 3000/3.3kΩ = 909mA

显然，您可以根据适配器的额定功率、设备的功耗和所需的负载电流选择更合适的值。MAX8677A可提供1.5A的最大充电电流。

我们使用了迷你USB连接器，这使得使用现代电源适配器为电路供电变得容易。这也确保了我们使用5V电源。最大输入电流应根据适配器的额定值进行调整。当适配器可以提供至少 1A 的电流时，电路运行良好。

有NTC热敏电阻吗？

电池通常配有负温度系数（NTC）热敏电阻，用于防止电池在过高或过低的温度下充电。因此，电池有三个连接：正极端子（BAT+）、负极端子（BAT-）和NTC热敏电阻的连接（见图5）。请注意，一些具有三个连接的电池内部只有一个用于识别的普通电阻器。普通电阻的值将是恒定的，不会随电池温度而变化。

图5.大多数具有三个连接的锂离子电池都连接了一个内部NTC热敏电阻，如图所示。

回到图4，当使用NTC热敏电阻时，它应该连接在THM引脚和地之间（通过BAT连接）。在THM引脚和基准电压（VL）之间还连接了一个电阻（R7），从而产生一个电位分压器。选择电阻值，使其在+25°C温度下具有与NTC热敏电阻相同的值。 +25°C 时 THM 引脚上的电压将等于 0.5 VL。当温度上升或下降时，NTC热敏电阻的电阻下降或上升，THM引脚上的电压也会下降或上升。仅当此电压介于 0.28 VL 和 0.74 VL 之间时，设备才会充电。对于现代NTC热敏电阻，这对应于0°C至50°C之间的温度。 当没有NTC热敏电阻可用时，应添加R8，这会导致THM引脚上的电压为0.5 VL。

连接提示

如果您重复使用手机电池，默认情况下它已经具有保护电路，可防止电池过载和放电太深。但是，如果您想使用单个电池，例如从旧笔记本电脑电池组中取出的电池，那么您将不得不制作自己的保护电路。电池组内的电路设计用于保护整个电池组，因此不能用于保护单个电池。

一个简单的保险丝（在图4中显示为FS1，它是PCB上的表面贴装器件或SMD保险丝）提供足够的过载保护，这意味着分离的电池完全可用。但是，保险丝不能提供任何防止深度放电的保护。当这些类型的电池放电过多时，可能会损坏它们。当欧姆负载（例如小白炽灯泡）连接时间过长时，可能会发生这种情况。但是，一旦电源电压降至某个值以下，大多数器件将停止工作，从而阻止电池进一步放电。因此，保险丝是否提供足够的保护在很大程度上取决于所连接设备的类型。

建设

对于这个项目，我们设计了一个紧凑型PCB，它使用大量的SMD（见图6）。这种设计使PCB非常小，这使得它更容易内置到设备中。电路板布局和用于蚀刻PCB的掩模均使用DesignSpark™ PCB制成，可从Maxim网站下载。

图6.为此充电器设计的PCB已保持尽可能小，以便于将其构建到现有设备中。

为了安装 SMD，您需要一些灵巧性和焊接经验。对于TQFN封装的MAX8677A，理想情况下应使用回流焊炉，因为引脚和裸焊盘位于4mm x 4mm封装的底部。但是，您也可以手动焊接设备。以下各节将介绍这两种情况。

使用回流炉

使用回流炉后，您需要进行以下连接。PCB上有孔，用于连接LED、电池和负载，因此可以通过电线轻松连接。mini-USB 连接器有两个塑料引脚，适合 PCB 上的相关孔，用于对齐插座。如果您不想使用mini-USB连接器，则可以使用这两个孔来连接电源。在这种情况下，您必须确保电源电压为5V。

手工焊接TQFN封装的MAX8677A

如果您有足够的经验，可以用热风烙铁安装MAX8677A，但回流炉使工作更加轻松。这里描述的方法解释了如何使用普通烙铁安装器件（见图7），即使自制PCB没有通孔电镀。

图7.通过手工焊接一个孔安装MAX8677A的步骤。

在蚀刻电路板之前，请确保仅保留IC裸露焊盘中的中心孔。周围的其他八个孔可以从软件的设计中删除，或者您可以使用毡笔填充掩模上的孔，这样它们就不会出现在PCB上。

在裸露垫的中心钻一个 1.5 毫米的孔。

将芯片放置在 PCB 上。

沿芯片侧面焊接所有触点。使用利兹线整理一切。（作者使用体视显微镜来很好地观察一切。

当顶部的所有触点都已正确焊接后，翻转电路板并将几块焊料放入孔中。

找一根紧贴在 1.5 毫米孔中的实心铜电缆，并使用锉刀使其中一端完全平坦。将此端穿过孔并使用烙铁加热。在某些时候，铜线变得如此之热，以至于孔中的焊料开始熔化。铜线将略微缩回并与芯片的裸露焊盘接触。

然后将这根电线焊接到 PCB 焊接侧的接地层.

现在，您将在芯片的裸露焊盘和PCB焊接侧的接地层之间建立良好的电气和热连接。

审核编辑：郭婷