MSP430在單電池供電的LED照明中的應用電路

　　便攜式設備常采用單節的堿性電池供電，亦稱(chēng)作單電池供電。而LED 是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱(chēng)，由于其省電、壽命長(cháng)和開(kāi)關(guān)速度快等特點(diǎn)，正被廣泛應用到照明領(lǐng)域；而部分照明設備如自行車(chē)運動(dòng)愛(ài)好者的車(chē)燈、頭燈以及特殊要求手電筒等又要求能夠便攜以便于移動(dòng)，所以對系統的功耗即電池的壽命有著(zhù)嚴格的要求。本文針對低功耗、便攜以及較低系統成本LED 照明的要求，基于超低功耗單片機MSP430 以及升壓轉換器TPS61200，設計并完成單電池供電的LED 照明應用。

　　LED 驅動(dòng)電路模塊

　　對于單節電池供電的LED 照明設備，首先要選用升壓芯片為L(cháng)ED 提供電源以保證LED 的正常導通。這里我們選用了TPS61200，其工作電壓為0.3~5.5V，工作電流最大可承受1800mA，并且在升壓轉換中可達到90%的轉化效率，完全能夠滿(mǎn)足該方案的設計要求。該照明設備選用白光LED，其導通壓降典型值為3.2~3.5V，所以升壓電路的升壓輸出值設計為3.6V。另外由于LED 的溫度特性，為保證LED 的發(fā)光穩定性，必須實(shí)現LED 的恒流驅動(dòng)且流過(guò)LED 的電流變化范圍小于5mA，即需要設計Iled = 48mA±2mA。

　　圖 2. TPS61200 典型應用電路

　　電流反饋電阻RF 的取值為1.5ohm。在設定RF=1.5ohm和R2=51Kohm的條件下，計算出反饋電阻R1=373Kohm；通過(guò)實(shí)測驗證及調節并按標稱(chēng)電阻取值，R1=374Kohm。

　　圖 3. 白光LED 恒流驅動(dòng)控制

　　在圖 3 中，EN 端是芯片TPS61200 的使能端，用以控制TPS61200。在本設計中，EN 端接按鍵和MSP430 的GPIO 使能端，用以控制升壓電路的開(kāi)通或關(guān)閉。系統的進(jìn)一步功耗控制，也是基于單片機MSP430F2011 通過(guò)對TPS61200 的使能控制來(lái)實(shí)現的。

　　另外，PS 端、UVLO 端接VIN，PS 端高電平表示在重負載條件下工作（此時(shí)振蕩器按固定頻率工作）；UVLO 接VIN，表示在VIN＜250 mV 時(shí)，使電源關(guān)閉，VOUT=0V，并鎖存；VAUX 接0.1uF 接地，此電容器在啟動(dòng)時(shí)向其充電到一定值后開(kāi)關(guān)管才導通，這樣它對開(kāi)關(guān)管起緩沖；即軟啟動(dòng)的作用，能夠減小內置開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)應力以提高可靠性。

　　基于比較器實(shí)現按鍵以及電池電壓檢測電路

　　前面提到MSP430 由TPS61200 的輸出供電，但由于系統功耗要求，TPS61200 在待機模式下不能工作。如何通過(guò)長(cháng)按按鍵開(kāi)啟系統，并能夠在釋放按鍵后系統也能正常工作？同時(shí)，該按鍵在系統正常工作時(shí)也能夠實(shí)現LED照明狀態(tài)和燈光閃爍示警信號狀態(tài)切換等滿(mǎn)足照明設備的多種應用要求。如圖4 所示基于比較器實(shí)現按鍵以及電池電壓檢測原理圖。系統在待機狀態(tài)（關(guān)機）時(shí)，當按鍵被長(cháng)按。Button Enable 信號端產(chǎn)生等同于電池輸入電壓的高電平信號，該信號端連接TPS61200 的使能端引腳6（可參考圖3）。這樣TPS61200 進(jìn)入工作狀態(tài)，VOUT 引腳輸出3.6V，并給MSP430F2011 供電。從而使MSP430F2011 進(jìn)入工作狀態(tài)，程序開(kāi)始運行并使P1.7 置高通過(guò)GPIOEnable 信號驅動(dòng)TPS61200 的使能端并保持其一直處于工作狀態(tài)。這樣，按鍵即使被釋放后，也能保證系統一直處于工作狀態(tài)。

　　在單片機控制系統中，大部分設計是采用GPIO 實(shí)現按鍵。但在本文設計中由于單片機在待機狀態(tài)下沒(méi)有供電即單片機不能正常工作，所以按鍵的判斷很難通過(guò)GPIO 的方式實(shí)現。這里，采用MSP430F2011 的片上的比較器來(lái)實(shí)現的。MSP430 單片機的片上比較器內部可以產(chǎn)生用于比較的模擬電壓參考VCC、1/2VCC、1/4VCC、固定電壓0.55V 等。因此本設計采用內部提供0.55V 的基準電壓來(lái)實(shí)現按鍵的檢測，根據系統工作電壓的特點(diǎn)，當按鍵被按時(shí)，其最低0.6V 的輸入大于內部0.55V 的基準電壓，從而在比較器輸出端產(chǎn)生高電平，實(shí)現按鍵的檢測。特別要注意的是，這個(gè)內部基準電壓會(huì )隨著(zhù)供電電壓變化和溫度變化有小范圍的變化，所以軟件的濾波對于按鍵的判斷還是非常有必要的，尤其是在最低電池電壓條件下。

　　圖 4. 基于比較器實(shí)現按鍵以及電池電壓檢測原理圖

　　對于電池供電類(lèi)應用，一般需具有電池電壓檢測功能。如圖4 所示，當檢測到電池輸入電壓低于設定的低電壓報警閾值時(shí)，單片機MSP430F2011 通過(guò)GPIO Enable 信號輸出低電平至TPS61200 的EN 引腳，以關(guān)斷TPS61200?？紤]到MSP430F2011 的片上資源，電池電壓檢測電路也采用單片機片上比較器，其和按鍵分時(shí)復用一個(gè)比較器。