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(jié)的堿性電池供電，亦稱作單電池供電。而LED 是發(fā)光二極管的簡稱，由于其省電、壽命長和開關速度快等特點，正被廣泛應用到照明領域；而部分照明設備如自行車運動愛好者的車燈、頭燈以及特殊要求手電筒等又要求能夠便攜以便于移動，所以對系統(tǒng)的功耗即電池的壽命有著嚴格的要求。本文針對低功耗、便攜以及較低系統(tǒng)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 驅動電路模塊

　　對于單節(jié)電池供電的LED 照明設備，首先要選用升壓芯片為LED 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(wěn)定性，必須實現(xiàn)LED 的恒流驅動且流過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；通過實測驗證及調節(jié)并按標稱電阻取值，R1=374Kohm。

　　圖 3. 白光LED 恒流驅動控制

　　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通或關閉。系統(tǒng)的進一步功耗控制，也是基于單片機MSP430F2011 通過對TPS61200 的使能控制來實現(xiàn)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（此時振蕩器按固定頻率工作）；UVLO 接VIN，表示在VIN＜250 mV 時，使電源關閉，VOUT=0V，并鎖存；VAUX 接0.1uF 接地，此電容器在啟動時向其充電到一定值后開關管才導通，這樣它對開關管起緩沖；即軟啟動的作用，能夠減小內置開關的開關應力以提高可靠性。

　　基于比較器實現(xiàn)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(tǒng)功耗要求，TPS61200 在待機模式下不能工作。如何通過長按按鍵開啟系統(tǒng)，并能夠在釋放按鍵后系統(tǒng)也能正常工作？同時，該按鍵在系統(tǒng)正常工作時也能夠實現(xiàn)LED照明狀態(tài)和燈光閃爍示警信號狀態(tài)切換等滿足照明設備的多種應用要求。如圖4 所示基于比較器實現(xiàn)按鍵以及電池電壓檢測原理圖。系統(tǒng)在待機狀態(tài)（關機）時，當按鍵被長按。Button Enable 信號端產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 進入工作狀態(tài)，VOUT 引腳輸出3.6V，并給MSP430F2011 供電。從而使MSP430F2011 進入工作狀態(tài)，程序開始運行并使P1.7 置高通過GPIOEnable 信號驅動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(tǒng)一直處于工作狀態(tài)。

　　在單片機控制系統(tǒng)中，大部分設計是采用GPIO 實現(xiàn)按鍵。但在本文設計中由于單片機在待機狀態(tài)下沒有供電即單片機不能正常工作，所以按鍵的判斷很難通過GPIO 的方式實現(xiàn)。這里，采用MSP430F2011 的片上的比較器來實現(xiàn)的。MSP430 單片機的片上比較器內部可以產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 的基準電壓來實現(xiàn)按鍵的檢測，根據系統(tǒng)工作電壓的特點，當按鍵被按時，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生高電平，實現(xiàn)按鍵的檢測。特別要注意的是，這個內部基準電壓會隨著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. 基于比較器實現(xiàn)按鍵以及電池電壓檢測原理圖

　　對于電池供電類應用，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，單片機MSP430F2011 通過GPIO Enable 信號輸出低電平至TPS61200 的EN 引腳，以關斷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，其和按鍵分時復用一個比較器。