开关电源-原边反馈技术(绝对实用)
PSR原边反馈开关电源设计
PSR原边反馈开关电源设计之一——变压器设计目前比较流行的低成本、超小占用空间方案设计基本都是采用PSR原边反馈反激式，通过原边反馈稳压省掉电压反馈环路（TL431和光耦）和较低的EMC辐射省掉Y电容，不仅省成本而且省空间，得到很多电源工程师采用。
比较是新技术，目前针对PSR原边反馈开关电源方案设计的相关讯息在行业中欠缺。
下面结合实际来讲讲我对PSR原边反馈开关电源设计的“独特”方法——以实际为基础。
要求条件：全电压输入，输出5V/1A，符合能源之星2之标准，符合IEC60950和EN55022安规及EMC标准。
因充电器为了方便携带，一般都要求小体积，所以针对5W的开关电源充电器一般都采用体积较小的EFD-15和EPC13的变压器，此类变压器按常规计算方式可能会认为CORE太小，做不到，如果现在还有人这样认为，那你就OUT了。
磁芯以确定，下面就分别讲讲采用EFD15和EPC13的变压器设计5V/1A 5W的电源变压器。
1. EFD15变压器设计目前针对小变压器磁芯，特别是小公司基本都无从得知CORE的B/H曲线，因PSR线路对变压器漏感有所要求。
所以从对变压器作最小漏感设计入手：已知输出电流为1A，5W功率较小，所以铜线的电流密度选8A/mm2,次级铜线直径为:SQRT(1/8/3.14)*2=0.4mm。
通过测量或查询BOBBIN资料可以得知，EFD15的BOBBIN的幅宽为9.2mm。
因次级采用三重绝缘线，0.4mm的三重绝缘线实际直径为0.6mm.为了减小漏感把次级线圈设计为1整层，次级杂数为：9.2/0.6mm=15.3Ts,取15Ts.因IC内部一般内置VDS耐压600~650V的MOS，考虑到漏感尖峰，需留50~100V的应力电压余量，所以反射电压需控制在100V以内，得：(Vout+VF)*n<100,即：n<100/（5+1）,n<16.6,取n=16.5,得初级匝数NP=15*16.5=247.5取NP=248，代入上式验证，（Vout+VF）*(NP/NS)<100,即(5+1)*(248/15)=99.2<100,成立。
开关电源原边反馈技术
开关电源原边反馈技术
原边反馈(PSR)简介
●在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非常适合小功率段，同时天然提供了隔离的效果。
●隔离后，如果要检测输出的情况，需要用隔离元件，比如光耦等，这样就增加了电源的成本，光耦本身的寿命也会成为电源的瓶颈，基于此，开发出了原边反馈技术。
-原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈采样，通过初级线圈的情况来计算次级线圈的情况，进一步推算输出的情况。
-部分信息难以从初级线圈直接得到，因此通常还使用一个辅助线圈，辅助线圈和初级线圈共地，和次级隔离
辅助线圈的用途
●增加辅助线圈会增加成本和复杂度，因此，最好能让辅助线圈完成更多的工作，一般辅助线圈都同时做2件事情：
-反映初级线圈和次级线圈的情况，辅助线圈通过电阻分压，将原边和副边的电压情况反映在VSES点，此时辅助线圈和原边/副边构成变压器。
和初级线圈形成一个反激结构，给IC供电，由于反激结构本身无法恒压，因此要加一个限压的二极管。
不使用辅助线圈是否可行
●如果不要求辅助线圈供电，那么是否可以用其他检测方法，比如在初级线圈上检测来做原边反馈?
●理论上是可行的，思路如下：
-在初级线圈上并联一个高阻支路，对初级线圈进行采样，同时提供TOFF期。
最详细的开关电源反馈回路设计
最详细的开关电源反馈回路设计开关电源是一种常用的电源供应方式，具有高效率和稳定输出电压的特点。
为了确保开关电源能够稳定工作，需要设计合理的反馈回路。
开关电源的反馈回路是一个闭环控制系统，通过对输出电压进行采样，与参考电压进行比较，计算出误差信号，再经过调整和补偿，使得输出电压稳定在设定值。
首先，需要选择合适的反馈控制策略。
常用的反馈控制策略有电压模式控制（Voltage Mode Control）和电流模式控制（Current Mode Control）。
电流模式控制具有更快的动态响应和更好的稳定性，但需要更复杂的设计和调试，因此在设计中需进行合理选择。
在电压模式控制中，可以使用一个误差放大器进行电压比较，产生误差信号。
误差放大器一般采用差分放大电路，通过输入电压和参考电压的差值乘以一个放大倍数，生成一个调整后的误差信号。
误差放大器的输出信号会经过一个滤波器进行滤波处理，以消除高频噪声。
接下来，需要设计一个比例积分（PI）控制器。
PI控制器可以提供稳定的、无超调的输出响应。
PI控制器的输入是经过滤波器处理后的误差信号，根据误差的大小来调整控制器的输出。
比例增益（Kp）决定了控制器对误差的响应速度，而积分时间常数（Ti）决定了控制器对误差的积分时间，即系统的稳定性。
在设计PI控制器时，可以根据经验公式来选择合适的参数。
通过实际测试和调整，可以优化控制器性能，使得开关电源的输出电压更加稳定。
最后，需要对开关电源进行保护设计。
开关电源反馈回路应具备过压保护、过流保护和短路保护等功能。
过压保护可以避免输出电压过高，过流保护可以防止过大的输出电流，短路保护可以防止输出端短路。
总之，开关电源反馈回路设计需要合理选择控制策略，设计误差放大器和滤波器、PI控制器，并进行参数调整和保护设计。
通过以上步骤，可以设计出稳定可靠的开关电源反馈回路。
反激式开关电源控制芯片中的高精度原边反馈技术
数 字 补 偿 器 根 据 数 字 反 馈量 Ｖ Ｆ Ｂ 计 算 当 前 周 期 需要 的 占空 比 ，并 输 出 相 应 占空 比 的 Ｐ ＷＭ 脉 冲 去 控 制
Ｑ１ 管 的 开通 关 断 ，最 终 实 现 输 出 电压 的 调 制 。可 见 ， Ｖ Ｆ ９的精 度 直 接 影 响 着 输 出 电压 的精 度 ， 因此 为
其 中 日 的值 为 ， ２ ／ ， １ ＋ ， ２ ） ， ， 是 模 数转 换 的基 准 电压 ， 和 Ⅳｓ 分 别 表 示 原 边 辅 助 绕 组 和 次边 绕 组 的 匝数 。Ⅳ 表 示 了模 数 转换 的位
数， 设计者根据输 出电压的量化误差要求进行设置 。 控制芯片中的补偿器采用 了数字补偿的方 式实现 ，
２ 原边反 馈反 激变 换器原 理
图 ｌ所 示 的 反 激 变换 器 应 用 了本 文 提 出 的原 边 反馈 技 术 ， 由一
个典型 的反激拓扑和控制芯片组成 ， 且变压器 工作在 电流断续模式，
输 出 电压 的反 馈 通 过 对 原 边 辅 助 绕 组 电压 。的采 样 实现 。控 制
＝ 一
…
Ｈ二
Ⅳ
（ ２） ห้องสมุดไป่ตู้
ｐ
其 中 为 输 入 电压 ，
表 示 原边 绕 组 匝数 。 ‘
在 阶段 Ｐ ＷＭ 为零 电平 ，开关管 Ｑ１ 关断 ，存储在 原边 的能量转移到次边绕组 ，输 出二极管 Ｄｌ 导通 ，次 边 电流 厶在 快 速 上 升 到 峰 值 厶。 之后 逐 渐 下 降到 零 ，在这 一 阶段 ：
了实 现 输 出 电压 的 精 准 调 制 ， 需要 一 种 高 精 度 的原 边 反 馈 技 术 。
最详细的开关电源反馈回路设计
最详细的开关电源反馈回路设计开关电源反馈回路设计是个挺有意思的话题。
听起来高深，其实很多细节值得我们好好琢磨。
今天我们就从几个方面聊聊，深入浅出，轻松搞定这些概念。
一、反馈回路的基本概念1.1 什么是反馈回路首先，反馈回路就是把输出信号的一部分送回输入。
这么做的目的是调节输出，使其稳定。
想象一下，开关电源就像一个小孩，时不时需要父母的指导。
没有这些反馈，小孩可能就会偏离轨道，输出的电压也可能出现大起大落。
1.2 反馈类型反馈可以分为两种：正反馈和负反馈。
正反馈就像是推波助澜，鼓励小孩继续做某件事情。
而负反馈则是提醒小孩停下来，纠正错误。
大部分情况下，我们更喜欢负反馈，因为它能帮助系统保持稳定。
通过负反馈，输出电压的波动会被抑制，电源的性能也会更可靠。
二、开关电源的基本结构2.1 开关管的作用开关电源的核心是开关管。
它负责控制电流的开关，调节输出电压。
可以把它想象成一个开关，时而打开，时而关闭。
这个过程中，它的工作频率决定了电源的效率。
频率高了，能量损失就小，输出稳定；频率低了，损失就增加，系统也会变得不稳定。
2.2 变压器的功能变压器在这里也占据重要位置。
它的作用是将输入的高压电压转换为适合的低压电压。
变压器就像是一个聪明的调酒师，能将各种成分混合，调配出最合适的“鸡尾酒”。
这里的鸡尾酒就是我们所需的电压。
2.3 整流与滤波整流和滤波是最后一步，确保我们得到的是平滑的直流电。
整流就像是把粗糙的石头打磨成光滑的宝石。
滤波则是去除电流中的杂音，确保输出的电流干净。
这个过程至关重要，稍有不慎，电源的稳定性就会受到影响。
三、反馈回路设计的要点3.1 控制环路设计设计反馈回路时，控制环路的选择非常关键。
控制环路决定了系统的响应速度和稳定性。
要确保环路的增益合适。
增益太高，系统可能会出现震荡；增益太低，系统反应迟缓。
这里的平衡就像走钢丝，得小心翼翼。
3.2 选择合适的传感器在设计反馈回路时，传感器的选择也不能忽视。
原边反馈开关电源设计
原边反馈电源方案的设计原边反馈（PSR 的AC/DC 控制技术是最近10年间发展起来的新型 AC/DC 控制技术，与 传统的副边反馈的光耦加 431的结构相比，其最大的优势在于省去了这两个芯片以及与之配 合工作的一组元器件，这样就节省了系统板上的空间， 降低了成本并且提高了系统的可靠性。
在手机充电器等成本压力较大的市场， 以及LED 驱动等对体积要求很高的市场具有广阔的应 用前景。
在省去了这些元器件之后， 为了实现高精度的恒流/恒压（CC/CV 特性，必然要采用新的技术来监控负载、 电源和温度的实时变化以及元器件的同批次容差，这就涉及到初级（原边）调节技术、变压器容差补偿、线缆补偿和 初级调节的原理是通过精确采样辅助绕组 息。
当控制器将 MOST 打开时，变压器初级绕组电流 。
此时能量存储在初级绕组中，当控制器将MOS 管关断后，能量通过变压器传 递到次级绕组，并经过整流滤波送到输出端 VQ 在此期间，输出电压 VO 和二极管的正向 电压VF 被反射到辅助绕组 NAUX 辅助绕组NAUX 上的电压在去磁开始时刻可由公式I 厂牛川；+K ）佻 表示，其中VF 是输出整流二极管的正向导通压降，在去磁结束时刻"" 表示，由此可知，在去磁结束时间点，次级绕组输出电压与辅助绕组具有线性关系， 只要采样此点的辅助绕组的电压，并形成由精确参考电压箝位的误差 放大器的环路反馈，就可以稳定输出电压VQ 这时的输出电流IO 由公式表示，其中 VCS 是 CS 脚上的电压，其他参数意义如图 1所示。
这是恒压（CV 模式的工作原理。
V., 'I I / I',.说T 叽EMI 优化技术。
（NAUX 的电压变化来检测负载变化的信 ip 从C 线性上升到ipeak ，公式为可由公式图1原边控制应用框图及主要节点波形图。
当负载电流超过电流极限时， 负载电流会被箝位在极限电流值， 此时系统就进入恒周期的比例保持一个常数，这样在 CC 模式下的输出电流公式变成了，其中C1是一个小于0.5的常数，VCSLM ■是 CS 引脚限压极限值。
原边反馈式反激开关电源电路[实用新型专利]
![原边反馈式反激开关电源电路[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b462c43350e2524de4187e60.png)
专利名称：原边反馈式反激开关电源电路
专利类型：实用新型专利
发明人：董金亚,张秀红,夏正兰,张昌山,方烈义申请号：CN201120044062.4
申请日：20110217
公开号：CN202004665U
公开日：
20111005
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：公开了一种原边反馈式反激开关电源电路，包括交流整流电路、电磁干扰滤波电路、反馈电路、反激开关电路、输出整流滤波电路、及控制电路。
其中，交流整流电路的输入端与交流电源相连接，输出端与电磁干扰滤波电路的输入端相连接；电磁干扰滤波电路的输入端与交流整流电路的输出端相连接，输出端与反激开关电路的输入端和控制电路的输入端相连接；反馈电路的输入端与反激开关电路的输出端相连接，输出端与控制电路的输入端相连接；反激开关电路的输入端与电磁干扰滤波电路的输出端和控制电路的输出端相连接，输出端与反馈电路的输入端、输出整流滤波电路的输入端、以及控制电路的输入端相连接。
申请人：昂宝电子(上海)有限公司
地址：201203 上海市张江高科技园区华佗路168号商业中心3号楼
国籍：CN
代理机构：北京东方亿思知识产权代理有限责任公司
代理人：宋鹤
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电源设计中的原边反馈控制和副边反馈控制方案分析-技术方案
电源设计中的原边反馈控制和副边反馈控制方案分析-技术方案一、原边反馈控制、副边反馈控制方案分析PSR(Primary Side Regulator)即原边反馈，用于反激式开关电源中，其利用辅助线圈来提取副边线圈上的输出电压信号。
由于辅助线圈与副边线圈上的电压与匝数比有关，且在副边线圈去磁结束点(即线圈上的电流下降至零时)，电源输出电压等于副边线圈上的电压，采样该反馈电压信号，经控制芯片处理得到理想的PWM控制信号，用于控制原边侧功率管的开关，功率管的开关时间决定了变压器上能量储存的多少，从而也直接影响了副边输出电压的大小。
利用这一系列的反馈关系，终可得到稳定的电压输出。
SSR(Secondary Side Regulator)即副边反馈，副边反馈控制技术是发展较早的反激式开关电源控制技术，其对输出电压的提取过程直接在变压器的副边电压输出端完成，因此需要在副边增加光耦、TL431及相关阻容元件，其中TL431为误差放大器，能够实时监测输出电压，并将监测结果以电流的形式通过光耦反馈至原边，同时保证输入端与输出端的隔离。
二、两者的比较如下为思睿达原边反馈控制(PSR)方案和副边反馈控制(SSR)方案。
C6267原边反馈控制方案C5269S副边反馈控制方案三、原边、副边方案如何选?比如在充电器领域，直接对电池充电的应用，一般会对空载电压精度要求高，可以选择副边电源IC+恒流芯片来做。
通过电池管理芯片，对电池充电的。
因为电池管理芯片会有过压和过流保护，可以直接选用原边方案来进行，这样成本相对于副边的方案来说会降低很多。
有时候也可以和客户讨论客户的设计方案来降低成本，引导客户开案。
如在LED灯领域，每串灯珠的前面没有加上一个限流电阻。
那么，在电源线路设计中，用副边方案的IC+高精度恒流方案来做，价格较高;用原边方案，原边的恒流精度在生产中很难达到客户的要求。
但是在每串灯珠的前面加上一个限流电阻，那么就可以直接用原边方案来进行设计，既可达到客户要求，又可以节约成本。
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ISES_PK IPK_SES
TOFF的测量也依赖于膝电压的时 刻，但是需要的不是电压值，而 是膝点的时刻。
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ISND_PK IOUT_AV
TON TOFF T 数字电源设计技术交流 2016年8月19日星期五 TDEAD
. .
MOS管关断后，变压器中储存 的能量都由次级和辅助线圈释放 出来，此时次级的平均电流为：
2016年8月19日星期五
谐振反推法实现恒压
谐振后，检测次级线圈的过零点就能得知谐振周期，因此，当输出电 压恰好等于参考电压时，VSES和VREF的交点到过零点的时间TFB也应该 恰好等于1/4谐振周期TR。如果TFB比TR/4大，说明输出电压较低，以至 于VSES和VREF的交点提前了，反之，如果TFB比TR/4小，说明输出电压 较高，以至于VSES和VREF的交点推迟了。
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数字电源设计技术交流
2016年8月19日星期五
膝点检测算法
有2种检测方法，一种是从前往后检测，另一种就是从后往前检测。
从前往后检测，是通过延迟，或者是斜率转变的方法来找到膝点的时刻。 从后往前检测，是利用膝点后谐振频率固定的特点，从过零点反推膝点的 位臵。
TOFF 延迟法
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TDEAD
T/4
. .
负载
.
负载
.
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热插和短路判断
热插时，负载突然变小，输出电压会跌落，电源需要输出更多的能量 到次级，但是要区分热插和短路。 不光要区分热插和短路，在任何时候都需要判断是否短路。
短路时，TOFF时间会变得很短，可以通过检查TOFF开始到VSES过零点的时间 来判断，或者通过TOFF区间的斜率来判断。 如果输出不在TOFF期间发生短路，就得等到下一个TOFF才能检测到，在短路 后，输出电容会有很大的电流，这个大电流如果持续时间过长，导致电容 温升，会对电容的寿命会有一定的影响，所以能尽早的检测TOFF是很重要 的。 假设需要一两个周期才能检测到短路，是否会对电容寿命产生不利影响， 这个目前不清楚。
供电结构只是一个附带的功能，很多时候是没有的，IC由其他电路供电。
.
VCC IC
4
. .
VSES
数字电源设计技术交流 2016年8月19日星期五
不使用辅助线圈是否可行
如果不要求辅助线圈供电，那么是否可以用其他检测方法，比如在初 级线圈上检测来做原边反馈？ 理论上是可行的，思路如下：
在初级线圈上并联一个高阻支路，对初级线圈进行采样，同时提供TOFF期 间初级线圈的回路。 考虑到检测电压必须为正，因此有两种基本形式，如下图： 全周期检测 MOS关闭期间检测
VZC表示过零点阈值，并不是0V，通常为一个非常小的电压，比如0.125V 之类的
VREF VZC
TR/4 TR/2
15
>TR/4
数字电源设计技术交流
<TR/4
2016年8月19日星期五
斜率法和谐振反推法的对比
注意到斜率法和谐振反推法是优缺点互补的：
如果TOFF和TDEAD期间的斜率差别越大，越适合用斜率法，如果TOFF和TDEAD 期间的斜率差别越小，越适合用谐振反推法。 实际上，TOFF期间的斜率通常很小，以至于噪声对VSES和VREF交叉点的检测 有很大的影响，如果采用谐振反推法，必须有某种消除噪声的方法。
原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈采样，通过初级线圈的情况 来计算次级线圈的情况，进一步推算输出的情况。 部分信息难以从初级线圈直接得到，因此通常还使用一个辅助线圈，辅助 线圈和初级线圈共地，和次级隔离。 次级线圈 . 初级线圈
3
.
.
辅助线圈
数字电源设计技术交流
2016年8月19日星期五
VD G ISES
6
. .
VSES IL ISES ID VSES
数字电源设计技术交流 2016年8月19日星期五
IL
.
VD
可检测性
电感两端电压太高，检测IL和VD很困难，通过ISES和VSES检测； 考虑到隔离要求，次级电流和输出电压不能直接检测，只能通过其他 值计算出来。
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数字电源设计技术交流
电源高级：原边反馈技术
V1.1
1
数字电源设计技术交流
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概要
★PSR简介 PSR的输出检测方法 PSR特有的问题
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数字电源设计技术交流
2016年8月19日星期五
原边反馈（PSR）简介
在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非 常适合小功率段，同时天然提供了隔离的效果。 隔离后，如果要检测输出的情况，需要用隔离元件，比如光耦等，这 样就增加了电源的成本，光耦本身的寿命也会成为电源的瓶颈，基于 此，开发出了原边反馈技术。
VSES_ON
.
VSES_OFF VSES_OFF
. .
数字电源设计技术交流 2016年8月19日星期五
5
.
检查输出信息的方法
原边反馈不能得到所有的输出信息，但可以得到较多的输出信息。
不能得到输出电流信息，但可以得到初级的电流信息。 不能直接得到输出电压信息，可以通过辅助绕组来得到输出电压信息。 G ID
热插拔包括空载->满载，和满载->空载两种极端情况。
空->满的切换会导致输出跌落，满->空的切换会导致输出过冲，要避 免这两种情况，必须使用非线性控制，IC检测到热插拔后，立即调整 控制策略。
热插
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热拔
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热拔
如果在TOFF区间，也就是次级输出时热拔，相当于次级的负载阻抗突 然升高，此时会有个小的电压突变，随后所有的能量会在电容上聚集， 输出电压将升高。 如果在非TOFF区间热拔，除了看不到小的电压突变，导致的最终结果 和前面是没有区别的。
VSES
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PSR输出电流计算
IOUT _ AV ISND _ PK*TOFF*0.5 T
ISND_PK无法直接测到，只能由 ISES_PK近似换算得到：
ISES _ PK ISND _ PK IAUX _ PK NPRI NSND NAUX ISES _ PK * NSND 忽略IAUX _ PK，ISND _ PK NPRI
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数字电源设计技术交流
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区分热插，短路，开机
这3者都表现为输出要吸收大量能量，但三者的处理方法却不能相同。
热插需要稳压，减少跌落的幅度和持续时间，短路需要识别到，并采取保 护措施，而开机则需要控制输出平稳的增加。 初始状态的不同，热插的初始状态为空载，短路的初始状态为任意，开机 的初始状态为初始态。 对输出的影响不同，由于开机的初始态输出为0，开机后输出表现为增加， 另外两者都表现为减少，所以热插和短路的区分更困难一些。
此区间输出空载
此处输出空载
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数字电源设计技术交流
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假负载
如果不能保证每次都能检测到且能处理好热拔，就必须在输出上加上 假负载或稳压管，让其能承担泄放工作。
假负载一般使用电阻，电阻值要小心选取，过大了泄放效果不好，过小又 制造大功耗。
假负载
稳压管
.
.
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数字电源设计技术交流
.
电流和电压检测的共同点
共同之处就是都需要检测到膝点。 对于电流来说，检测到膝点，然后根据膝点和开关管断开的时刻计算 出TOFF，加上ISES的电流，就能算出平均输出电流。 对于电压来说，需要检测到膝点的电压，具体的方法就是检测到膝点， 然后看当前时刻VSES上的电压，从而根据匝比得出当前时刻的输出电 压。
这三者主要的区别有：
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数字电源设计技术交流
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热插拔抖动
在人进行插拔的过程中，端子实际上是抖动着的，会进行快速的碰撞， 也就是说，插拔的过程中会有大量的切换。 如果IC的检测控制处理不当，很可能会出问题。
T/2
斜率法
数字电源设计技术交流
谐振法
2016年8月19日星期五
各方法对比
延迟法，从TOFF开始，延迟一段时间，检测VSES。
这个方法可想而知是非常不精确的，因为TOFF的时间变化很大。 这个方法只有在TOFF区间的斜率和TDEAD区间的斜率存在明显差别时才管用， 而且由于在TDEAD区间，振荡是呈正弦曲线，膝点处不存在斜率转折，必须 依靠某种算法来推算出膝点。
VO VSES * NSND NAUX
VSES
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数字电源设计技术交流
. .
MOS管关断后，变压器中储存 的能量都由次级和辅助线圈释放 出来，次级线圈和辅助线圈形成 变压器，此时VSES上的电压为：
VSND
VD
.
VO VSES
去磁点时刻，次级 线圈和辅助线圈电 流为0，VD为0
2016年8月19日星期五
辅助线圈的用途
增加辅助线圈会增加成本和复杂度，因此，最好能让辅助线圈完成更 多的工作，一般辅助线圈都同时做2件事情：
反映初级线圈和次级线圈的情况，辅助线圈通过电阻分压，将原边和副边 的电压情况反映在VSES点，此时辅助线圈和原边/副边构成变压器。 和初级线圈形成一个反激结构，给IC供电，由于反激结构本身无法恒压， 因此要加一个限压的二极管。