论坛首页 › 电源技术 › 400W高效电源方案：CXSU63306+CXAC85257 PFC+LLC设计解析｜93%效率｜0.99功率因数

OUMAO88 发表于 2025-8-8 15:10

400W高效电源方案：CXSU63306+CXAC85257 PFC+LLC设计解析｜93%效率｜0.99功率因数

深度解析400W高效PFC+LLC电源方案：CXSU63306+CXAC85257设计与实战在工业电源领域，高效率、高功率密度和稳定输出是核心需求。本文详细解析基于CXSU63306 PFC控制器和CXAC85257 LLC谐振控制器的400W电源方案，涵盖设计原理、关键参数计算、PCB布局及实测数据，助力工程师快速实现高性能电源开发。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-axegupay5k/50269587d6e54f63a01658dbfa52d865~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1755240867&x-signature=rm4zi3BET6zVFZcIzZxaK9zK274%3D
一、方案核心特性1.1)高性能芯片组合1.1.1)PFC级：采用连续导通模式（CCM）的CXSU63306，固定开关频率65kHz，支持宽输入电压（AC 110-265V），输出390V直流。1.1.2)LLC级：CXAC85257驱动半桥谐振拓扑，将390V转换为36V±0.3V直流，满载效率达93%。1.2)关键性能指标http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/d2fe3f3f7f817739aa1624b7ae479c62.jpg
1.2.1)功率因数：>0.99（AC 220V满载）1.2.2)静态功耗：≤1.5W1.2.3)保护功能：输入过压、输出过流/短路、母线欠压锁死1.2.4)尺寸：235mm×60mm×25mm（紧凑型PCBA）http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/ab643a54e04869f54bdd03c1909b362a.jpg

1.2.4)工作效率曲线http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/d2d2c194b97fc23762b145e4a184348a.jpg
1.2.5)功率因数曲线http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/458e94baf49446441335ee8970ba816e.jpg
二、PFC设计详解功率因数校正功能可以对电源的输入电流进行整形，从而以最大限度提高市电的实际可用功率。目前，有两种工作模式已被广泛应用于PFC实现。对于大功率电路，选择的拓扑结构是运行于CCM下且具有平均电流模式控制的升压转换器。对于小效率应用，通常采用临界导电模式(CRM)升压拓扑结构。CCM 模式，因为其峰值电流和有效电流都比较低，可显著降低MOSFET、二极管和电感器的应力。本方案的CXSU63306在CCM模式下是以固定频率运行，只需使用极少的外部元件即可实现大功率PFC。
下面将介绍本方案设计的设计过程和元件选择。
本方案PFC部分基本参数：输入电压范围100 − 265V AC，开关频率f=65KHz，输出电压VOUT=390V,目标效率η=0.96，目标功率因数PF= 0.99。2.1. 关键参数计算2.1.1)升压电感设计：输入纹波电流ΔI=1.79A，最低输入电压时占空比D_max=0.64，计算电感最小值：
LBST(min)≥778μH最终选用400μH电感（EQ4020磁芯，气隙调整）。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/ea91756e84ae25648e70fdfc5da07109.jpg
2.1.2)输出电容选型：为满足LLC级280V保持电压要求，计算最小电容：COUT(min)≥217μF
实际采用2×120μF/450V电解电容并联。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/b1070df7c679663857c4b4b321375714.jpg
2.1.3)电流计算输入保险丝、桥式整流器和输入电容都是基于输入电流计算进行选择的。首先，确定最大平均输出电流IOUT(max):http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/3c1223086ff31609d74e9f302c985755.jpg

http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/d977d8166f33ce28eb3ac7dd822aa093.jpg
2.1.4)开关器件http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/08f869783b2d5ce3c86265ffbe2e3a65.jpg

2.1.5)升压二极管输出二极管的反向耐压应高于转换器的输出过电压，平均电流应与IOUT(max)相同。选择的输出二极管为一款 600V/20A 的二极管 MUR2060。
二极管损耗基于 125°C 时的正向压降VF 和二极管的反向恢复电荷QRR 进行估算：
PDIODE = VF125C × IOUT(max) + 0.5 × f × VOUT × QRR
= 1.55 × 1.02 + 0.5 × 65 × 390 × 50 = 2.21W (13)https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/589ef0ead01c410d9a963f4342b7c0a7~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1755240867&x-signature=0xLlPGkc0FQehgQ5oIu2xV4FrBU%3D
2. 2.功率器件损耗分析2.2.1)MOSFET（FCP20N60）：导通损耗3.58W + 开关损耗5W = 总损耗8.58W，需配散热器。
2.2.2)升压二极管（MUR2060）：正向损耗1.58W + 反向恢复损耗0.63W = 总损耗2.21W。2.3.方案设计原理
本方案原理框图如图 4-1所示，是一款全电压范围高功率因素、高效率的电源。其中采用CXSU63306作为PFC控制器，采用 CXAC85257作为LLC控制器。输入电压经过全桥整流后，通过CXSU63306升压到390V，再经过半桥LLC拓扑转换成36V直流电压输出。在满载条件下，220V AC输入时的总体系统效率为93%，110V AC输入时的总体系统效率为90%。此外，本设计还内置多种保护功能，其中包括输出过流、短路保护。http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/d4e8c67e97e426ac683f16db0acfd2e6.png
图 4-1. 方案原理框图设计技巧：优化门极电阻可降低MOSFET开关尖峰，建议值6-10Ω。三、LLC谐振变换器设计随着对高功率密度电源需求的增加，转换器设计的开关频率也会有所增大。尽管元件尺寸会随着开关频率的增大而减小，但器件的开关损耗（与频率成正比）会明显增多，进而严重影响效率。谐振转换器采用软开关技术，能够减轻开关损耗问题，从而保持高效率。本方案选用最简单且最常用的半桥 LLC 谐振转换器，
主要优点为：https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/f31c305005a84023917689198f2df19e~tplv-tt-origin-web:gif.jpeg?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1755240867&x-signature=o58VuKU5NIalgIBQ7jrbCu4rBx0%3D
1. 能在较宽的电源和负载波动范围内调节输出，而开关频率波动范围较小；
2. 在整个工作范围内，实现功率 MOS 管的零电压开通（ZVS）；
3. 所有电路固有的寄生参数均可以用于实现软开关，包括功率 MOS 管的结电容、变压器漏感与励磁电感。
本方案的 LLC 部分基本参数：输入电压范围Vin = 390V ± 30V，谐振频率 fr= 100KHz，\
输出电压VO=36V,输出电流IO = 11A，输出二极管压降 Vf= 0.7V,目标效率η = 0.96。3.1. 谐振腔参数计算3.1.1)设计 LLC 变换器时，通常输入为额定电压，输出为额定负载，也就是谐振腔的电压增益为Mg= 1，变压器匝比计算如下:https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a8317ae00be44e20afca29da4bca462d~tplv-obj.image?lk3s=ef143cfe&traceid=20250808145230924660C9D252979C85EC&x-expires=2147483647&x-signature=N3iKQJWWf9TaVV0MuXE%2FrAzxAYE%3D
(取整后 Np=16T, Ns=3T)3.1.2)谐振元件参数：3.1.2.1)谐振电容：C_r=47nF/630V3.1.2.2)谐振电感：L_r=60μH（PQ2016磁芯）3.1.2.3)励磁电感：L_m=350μH（EQ4020磁芯）http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/e40f59c8ef2385d3198257ba7cbc926b.jpg
3.2. 工作频率范围验证3.2.1)满载频率：93.3kHz（AC 220V输入）3.2.2)过载115%时最低频率：82kHz3.2.3)空载突发模式频率：36kHz3.3. 变压器与电感工艺要点
组件绕线工艺绝缘要求
变压器初级60股Φ0.1mm利兹线，次级200股初级-次级耐压2500V AC
谐振电感80股Φ0.1mm利兹线，16匝密绕磁芯点胶防松动
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/b883d72640b704ed844cad59649e368e.jpg
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/1f748c0bc1a619bbdfeb2f66acbb4746.jpg
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/5f09cf258258adb2608271a0a09d00d0.jpg

3.4.确定最小增益 Gmin 和最大增益 Gmaxhttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/d9a67047d95c4f4b49976ddb2c0ca492.jpg
3.5.谐振腔的等效负载电阻 Rachttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/3b42deb8699d580575a03fd5184ee139.jpg
3.6.选择 m 和 Qhttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/73e78c525ffb94f5b6dd1378f946ef09.png
3.7.使用所选值验证谐振电路设计http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/c2107e163d2ee5fb6867e50fff8751c1.jpg
http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/1efa96092bcffadd64a0f1b9bfa58786.jpg
3.8.计算初级电流http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/ab3a98c5b2bb40eff8533a9b7b283478.jpg
3.9 计算次级电流http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/1f0a3cfb59b1d375040612d2046f6f2d.jpg
四、保护功能实测验证4.1)过流保护（13A触发）：CXAC85257的ISEN引脚检测电流，触发打嗝模式（间隔200ms）。4.2)短路保护：输出短路时VCC电压锁定，MOSFET关断，需重启恢复。4.3)动态响应：0A↔11A负载阶跃时，输出电压波动<±0.5V，恢复时间<1ms。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/1234277f091e4d93a4aa7051674c2d02~tplv-obj.image?lk3s=ef143cfe&traceid=20250808145230924660C9D252979C85EC&x-expires=2147483647&x-signature=w8vBtPpjN%2FBWHALlYNq5mWbX8SU%3D
五、PCB设计与元器件选型关键5.1. 布局优化原则5.1.1)功率回路：PFC电感、LLC变压器、输出电容形成最小回路，降低EMI。5.1.2)信号隔离：模拟地（芯片GND）单点连接功率地，避免噪声耦合。5.1.3)散热设计：MOSFET与二极管共用散热覆铜区，覆铜厚度≥2oz。5.2. 核心器件选型
器件推荐型号选型依据
PFC MOSFCP20N60R_DS(on)≤0.32Ω@100°C
输出二极管MBR30100V_F≤0.7V@10A
谐振电容CBB薄膜电容低ESR，高频特性稳定

5.3.输入电容以及输出电容C2、C3 为输入电容，C8、C9、C10、C11 为输出电容，这 6 个电容特性对整机的转换效率有明显影响，所以要选择高频低内阻的电容，以提高效率。5.4.开关 MOS 管Q1、Q4、Q5这3个MOS管特性对整机的转换效率有明显影响，所以要选择导通内阻小，以及结电容（Ciss、Coss、Crss）小的 MOS 管。在调试时，注意 MOS 管的开关毛刺尖峰，如果尖峰过大，可以将 MOS 管门级电阻改大。https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/a77a5118157848219bf1af9e9d035956~tplv-obj.image?lk3s=ef143cfe&traceid=20250808145230924660C9D252979C85EC&x-expires=2147483647&x-signature=KyLg%2BZsQ68j3t56F35FZfdPtnTo%3D
5.5.二极管D2 为 PFC 续流二极管，D8、D10 为输出整流管特性对整机的转换效率有明显影响，所以要选正
向压降低、反向恢复时间短、漏电流小，并且额定电流和额定电压合适的二极管。5.6.PFC 电感图纸5.6.1)绕线图http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/748d0c66047b18287a8d1cbe108aa642.jpg
5.6.2)绕线数据http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/a22e908613d3fcb115e14d6405b9b2fe.jpg
5.7.LLC 变压器图纸
5.7.1)绕线图http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/833df4b3b2a418006a89e116e57d30d5.jpghttp://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/833df4b3b2a418006a89e116e57d30d5.jpg
5.7.1)绕线数据http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/ec00bd57fa2174814d21a349a6cc1546.jpg
5.8.谐振电感图纸5.8.1)绕线图http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/00a6ad6c970769f6a25e5eb7bf6874d9.jpg
5.8.2)绕线数据http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/6d836c7ee0737b5676295bd4644f29d9.jpg
六、方案性能总结该电源方案凭借CXSU63306+CXAC85257组合实现：6.1.超高效率：93%（AC 220V满载），较传统方案提升5%以上。6.2.极致功率因数：>0.99，满足IEC 61000-3-2谐波标准。6.3)工业级可靠性：-10℃~50℃全温度范围输出精度±0.3V。5.4)紧凑设计：功率密度达0.4W/cm³，适用于通信设备、工业电源等场景。资源下载：完整原理图、PCB文件及BOM表可参考文档第17-24页。七.方案原理图http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/e6039be77650f808636aed8174ad44f8.png
八.方案板元器件列表BOM表http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/91bb3e31fa6cca485d13f01e0723ec85.jpg

http://www.jtm-ic.com/d/file/p/2025/08-07/10fd3cb2f64cebedcad82dd4ab1d0b12.jpg

延伸思考：随着GaN器件普及，下一代方案可将开关频率提升至200kHz以上，进一步缩小磁性元件体积，实现500W/in³的超高功率密度。

查看完整版本: 400W高效电源方案：CXSU63306+CXAC85257 PFC+LLC设计解析｜93%效率｜0.99功率因数