总输出电容。而对于LED驱动器，输出电流纹波由输出电压纹波和负载LED的伏安特性决定的。输出电流的DC值为
Io?DC?1???2Nt?VCE,EQ?KLINE??t?Sin2?02?Rcsd??2Nt?VCE,EQ?KLINE??t4?Rcs （3.15）
因此，设计好适当的参数设计后，可实现使得输出电流恒定。 3.3.4 VCC引脚的工作区间
过压保护，就是一种对输出端子间过大电压时进行的负载保护。LED照明应用中，因为LED单元的正向电压降VF具有随着电流和实验操作温度的变化而变化的特性，因此输出电压的波动范围较宽。所以VCC引脚电压从辅助绕组耦合变压器绕组得到的电压也需要较宽的工作电压。芯片启动电压阈值为18.5V（典型值），UVLO电压阈值（该工作值下芯片处于正常工作状态下时VCC引脚电压的最小值）是8.0V。VCC引脚电压具有较宽的工作电压区间，为8V到30V。如果VCC引脚电压高于30V，AP1682芯片将进入VCC过压保护保护状态，这将导致芯片自动重启电路。 3.3.5 FB引脚的工作区间
FB引脚电压有几个比较器的阈值，当FB引脚处于不同电压区间时，FB引脚具有不同的功能。LED照明应用中，必须减少开通延迟时间。为了减少启动时间，芯片中嵌入了加速启动功能。启动阶段之后，VCC引脚电压达到导通阈值后，芯片控制电源转换器达到最大频率，以提供更多的输出能量。
芯片通过检测FB引脚电压，当FB引脚的电压达到软启动阈值1.75V时，加速启动阶段将停止。FB引脚的电压从1.75V到4V时，系统工作在恒流区域。输出电流是恒定的而不管输出电压变化。FB引脚电压达到4V时，电路系统将工作在打嗝状态（系统按照一定的周期，不断地重启）。当负载开路状态或负载断开时，输出电压上升到最大值，这时，FB将使系统进入打嗝状态，以保持输出电压低于最大值，而VCC引脚电压在启动阈值和UVLO阈值之间的最大值间变化。
如果出现异常状况，如故障或连接多余的辅助绕组匝数，FB引脚电压达到6V，这时，芯片将进入FB OVP保护状态。这将导致芯片内部的锁存器进入工作模式。图3.6示出FB引脚工作区域。
图 3.6 FB功能区域图
3.3.6 输入电压的检测
在图3.3中，通过连接到整流后的直流母线的电阻分压器电路，Vs引脚检测瞬时输入电压，VPK引脚检测相应的峰值。因此
Vs为正弦波信号，其作为电流参考信号。VPK在一般情况下，
Vs值应该是0和1之间的设计。 VPK3.3.7 初级电流检测和过电流保护（OCP）
过流保护是一种电源保护负载的功能，以避免因输出端子上发生短路在内的过负载输出电流对电源和负载的造成损坏。CS引脚的信号是电流检测信号，具有检测初级峰值电流和OCP功能。根据公式（3.3），设计初级电流检测电阻值，可以使输出电流为某一恒值。在一半电源周期里，CS引脚峰值应该被设置为1V。短路保护时，初级侧OCP比较阈值为4V，当触发OCP时，芯片进入锁存模式和开关停止工作。只有通过重新上电，锁存模式才能解除。
3.4 本章小结
本章首先展示了电源的外形和它的工作原理图。接着通过原理图和对芯片的介绍，推导了芯片的功率因数校正功能和输出电流恒定的实现。然后分析了VCC引脚和FB引脚的电压工作区间。最后分析了芯片检测输入电压的方法和实现初级电流检测和过电流保护的策略。
4 电源变压器和开关器件的选择
4.1 变压器的设计
本电源中使用的变压器为反激变压器，下面的内容中结合了反激变压器和芯片的特点，来设计变压器。 4.1.1变压器匝数比的计算
为了保证反激式变压器工作在DCM模式，在整个输入范围和输出负载条件下，Tons，
Tonp和了Tsw应满足
Tons?Tonp?Tsw （4.1）
根据PFM原理，由公式（3.13）
Iin?Lp?K?Vcs222Rcs?Tons?Vin?2VoutNtVCS,EQKLINE22?Rcs?VIN?RMS??t?Sin?
可以得出，要使输出电流恒定，则输出电压Vout必须恒定。在最小输入电压
VIN_RMS_MIN，最大输出电压Vo-max，??90o时的条件下，Iin的峰值最大。一般就是在这
种最恶劣的输入电压情况下选择器件。可以推出，在这种情况下反激式变换器工作在DCM模式。在这种情况下：
Tons?其中Vd为续流二极管的压降。
LS?IpksVout?max?LS?IpksVo?max?Vd （4.2）
由公式（3.2）,(3.12)，（4.2）可以推出
LP?IPKNt (4.3) ?LS?IPKS?t可以得出
Tons?Tonp?即Lp?Ipk2?Vin?rms?minLp?Ipk2?Vin?rms?min??Ls?IpksVo?max?Vd??Tsw??Ls?IpksVo?max?Vd?1Kc?KLINELs?IpksVo?max?VdLs?IpksVo?max?Vd1Kc?KLINE(4.4)
即
??2?Vin?rms?min??t1? （4.5） Nt???1?K?K??V?Vo?maxd?CLINE?最终的匝数比的设计应考虑初级开关和次级二极管的电压应力。以便选择合适的开关管，续流二极管等器件，变压器的骨架和元副边导线的线径。
次级二极管的正向电压压降Vd约为0.4V，变压器转换率?t 为约0.9和KLINE值是1，根据公式（4.5）中，因此，电源的变换器的最大的匝数比为
??2?Vin?rms?min??t112?85?0.9?Nt???1??(?1)?4.41 ?K?K?4Vo?max?Vd30?0.4?CLINE??19考虑到初级开关和次级续流二极管电压应力的选择，Nt被选为4.3。 4.1.2 变压器电感的设计
在低输入和最大输出负载时的最小开关频率被设置为F SW_MIN，那么就可以得到
Nt??KLINE?VCS?REF??tLp?VCS?REF??t?Fsw?minRCS?（4.6）
Kc?KLINENt?Kc?RCSFsw?minVo?max?Vd?Ls?IpksTons?LpNt2可以得到初级电感LP为
Lp?Nt?Kc?RCS?(Vo?max?Vd) （4.7）
VCS?REF?Fsw?min??t2Nt?KLINE??t （4.8） ?9?Io其中芯片的cs引脚的电流检测电阻
Rcs?2Nt?VCS,EQ?KLINE??t4?Io由公式（4.7）变压器原边的电感Lp为
44.3??0.43??30?0.4)?N?Kc?RCS?(Vo?max?Vd)9Lp?t??0.55mH 3VCS?REF?Fsw?min??t1?50?10?0.94.1.3 变压器匝数的设计
变压器的最坏情况是在最小正弦波输入电压VIN_RMS_MIN和最大输出负载电压时。变
压器应根据最坏情况下来设计。铁氧体磁芯的有效窗口面积是Ae，最大磁通密度Bm为
Bm?二次侧绕组匝数NS为
Lp?IpkAe?Ne?4?Lp?IoAe?Np?Nt?Kc?KLINE??t （4.9）
Ns?辅助绕组匝数NAUX为
Naux?NpNt （4.10）
Ns?VCCmax （3.11）
VO?min?Vd其中VO_min是最小的LED单元的条件下的最小输出电压。VCCmax是在该条件下，所需的最大VCC引脚电压。
PC40铁氧体磁芯被选择为变压器铁芯。骨架为PQ2610，它的窗口有效面积
Ae?119mm2，最大磁通密度Bm设定为0.28T，所以由公式（4.9），（4.10），可以得
到初级绕组匝数和次级绕组匝数为：
Np?4?Lp?IoAe?Nt?Kc?KLINE4?0.55?10?3?1??38 匝
??t?Bm1.19?10?4?4.3?0.28?4?1?0.99Ns?NpNt?38?8.83?9 匝 ，则NP?9?4.3?39匝 4.3Vcc设置为20V，所以由公式（4.11）得到辅助绕组的匝数
Naux?Ns?VCCmax1?20??5.92?6 匝
VO?min?Vd30?0.44.1.4 变压器元副边导线线径的计算
选择变压器的线径，需要考虑导线的集肤效应，发热等因素。 在50KHz时，铜导体中的穿透深度为
??76.576.5??0.342mm （4.12） f50000一般导线的半径要小于? 。