36V/400W高效电源方案：CXSU63306+CXAC85257 PFC+LLC设计解析
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。本文深度解析基于CXSU63306 PFC控制器和CXAC85257 LLC控制器的36V/400W电源方案，涵盖设计原理、关键参数、拓扑优化及元器件选型指南。
一、方案核心特性
1.1.拓扑结构：PFC（前端功率因数校正）+半桥LLC谐振转换器
1.2.输入范围：AC 110-265V（全电压适配）
1.3.输出规格：36V±0.3V/11A（最大12.5A）
1.4.关键性能：
1.4.1)功率因数>0.99
1.4.2)最高效率93%（220V输入满载）
1.4.3)静态功耗≤1.5W
1.4.4)输出纹波≤0.5V
1.5.保护机制：过压/过流/短路保护
1.6.尺寸：235mm×60mm×25mm（紧凑型PCBA）
二、核心技术参数
| 参数 | 条件 | 值 |
|---|---|---|
| 效率 | AC220V/满载 | 92.8%~93% |
| 负载调整率 | 0-11A输出变化 | ≤0.05% |
| 电压调整率 | AC110-265V输入波动 | ≤0.1% |
| 工作温度 | -10℃~50℃ | 工业级宽温范围 |
| 保持时间 | PFC输出跌落至280V的维持能力 | 20ms |
实测性能：
1.110V输入时效率达90%，220V输入时达93%
2.突发模式（空载）功耗仅1W
三、设计原理深度解析
3.1. PFC级设计（CXSU63306控制）
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
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。
3.1.1)工作模式：连续导通模式（CCM）升压拓扑
3.1.2)关键参数：
3.1.2.1)开关频率：65kHz
3.1.2.2)PFC输出电压：390V
3.1.2.1)目标效率：96%
3.1.3)元器件选型计算：
3.1.3.1)升压电感：最小778μH（选用400μH定制电感）
3.1.3.2)输出电容：最小217μF（2×120μF/450V电解电容并联）
3.1.3.3)MOSFET：FCP20N60（600V/20A），导通损耗3.58W，总损耗8.58W
3.1.3.4)升压二极管：MUR2060（600V/20A），损耗2.21W
3.1.3.5)开关器件
3.2. LLC级设计（CXAC85257控制）
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：
a.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；
b.在整个工作范围内，实现功率 MOS 管的零电压开通（ZVS）；
c.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。
3.2.1)谐振参数：
3.2.1.1)谐振频率fr=100kHz
3.2.1.2)电感比m=6
3.2.1.3)品质因数Q=0.47
3.2.1.4)使用所选值验证谐振电路设计
3.2.1.5)计算次级电流
3.2.1.6)计算次级电流
3.2.2)变压器设计：
3.2.2.1)匝比n=5.3（初级16T，次级3T×2）
3.2.2.2)磁芯：EQ4020（Ae=287mm²）
3.2.2.3)绕线工艺：初级60股Φ0.1mm利兹线，次级200股Φ0.1mm利兹线
3.2.2.4)确定最小增益 Gmin 和最大增益 Gmax
3.2.3)谐振腔元件：
3.2.3.1)Cr=47nF（谐振电容）
3.2.3.2)Lr=60μH（谐振电感，PQ2016磁芯）
3.2.3.3)Lm=350μH（励磁电感）
3.2.3.4)谐振腔的等效负载电阻 Rac
3.2.4)电流计算
3.2.4)选择 m 和 Q
对于LLC的m值而言是一个经验值，通常按照经验在一个范围内自行设定。当m值越小时的好处：
获得同等增益的范围，对应的频率改变范围就会比较窄；当m值越大时的好处：对于LLC的MOS管的
损耗就会更低。m值推荐范围：4-10。本方案m=6。根据图4-2峰值增益曲线图，选择Q=0.47。
图 4-2.峰值增益曲线图
3.3.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。
四、关键元器件选型指南
4.1.电容选型
4.1.1)输入滤波：2×120μF/450V高频低阻电解电容
4.1.2)输出滤波：4×470μF/50V低ESR电解电容
4.1.3)谐振电容：47nF/630V薄膜电容
4.2.功率器件选型
4.2.1)MOSFET：
4.2.1.1)PFC级：FCP20N60（600V/20A，Rds(on)=0.323Ω）
4.2.1.2)LLC级：FCP20N60×2（半桥拓扑）
4.2.2)二极管：
4.2.2.1)PFC续流：MUR2060快恢复二极管
4.2.2.2)输出整流：MBR30100肖特基二极管×2
4.3.磁性元件设计
4.3.1)PFC电感：400μH（EQ4020磁芯，54匝Φ1mm单股线）
4.3.2)谐振电感：60μH（PQ2016磁芯，16匝80股Φ0.1mm利兹线）
4.3.3)变压器：350μH（初级16T利兹线，次级3T×2中心抽头）
五、PCB设计关键要点
图 7-1 展示了电路设计示例。PCB 走线设计还应考虑以下几点：
5.1.1) 芯片 VCC：去耦电容尽可能靠进芯片的 VCC 引脚和 GND 引脚，为芯片供电的走线应尽可能回路小。
5.1.2) 芯片外围元件：外围元器件布局靠近对应的引脚，并以尽可能短的走线连接到芯片。
5.1.3) 自举电路元件：这些元件应尽可能以短走线连接到芯片引脚。此外，其回路应尽可能小。
5.1.4) 主功率走线：主功率回路要过大电流，走线应设计得尽可能宽且回路尽可能小。
5.1.5) 模拟地走线：如果大电流流过模拟地，可能会导致模拟地的电位变化，使得控制芯片出现故障。因此，应将模拟地尽可能靠近并以短距离连接到与功率地分开的单点接地（或星形接地）芯片 VCC 的 GND 引脚。
6) 次级侧整流走线：次级整流的走线承载大电流。因此，应设计得尽可能宽且回路尽可能小。
图7-1. 芯片外围电路走线示例图
5.2.布局原则：
5.2.1)高频回路最小化（功率走线宽度≥2mm）
5.2.2)芯片VCC引脚就近放置去耦电容
5.2.3)模拟地单点接地，与功率地分离
5.3.EMI优化：
5.3.1)共模电感：输入级2mH浪涌电感+13mH扁平电感
5.3.2)Y电容：6×2.2nF/1KV（CY1-CY6）
5.4.PCB 板图
5.4.1)器件位号图
5.4.2)Top层走线图
5.4.3)Bottom层走线图
六、实测性能验证
6.1.动态响应：负载0A↔11A跳变时输出电压波动<1%
6.2.保护性能：
6.2.1)过流保护点：13A（打嗝模式保护）
6.2.2)短路保护：输出直接短路时安全关断
6.3.热管理：满载时MOSFET温升≤65℃（需配散热器）
七.测试波形
7.1.启动波形
7.1.1)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 36V11A
CH1：CXAC85257_VCC；CH2：Vo_PFC；CH3：CXAC85257_LVG；CH4：Vout_36V
7.1.2)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 36V11A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：I_Cr
7.2)空载突发模式波形 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 36V0A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：Vout_36V；CH4：I_Cr
7.3)满载条件下输出电压波形与初级电流波形 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 36V11A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：Vout_36V；CH4：I_Cr
7.4)满载条件下输出二极管波形与初级驱动波形 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 36V11A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：输出二极管 D8；CH4：输出二极管 D10
7.5)负载瞬态响应
7.5.1)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出负载 0A to 11A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：Vout_36V；CH4：I_Cr
7.5.2)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出负载 11A to 0A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：Vout_36V；CH4：I_Cr
7.6)过流打嗝保护 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出电流 13A
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：CXAC85257_ HVG；CH3：CXAC85257_ISEN；CH4：CXAC85257_VCC
7.7)短路锁死保护 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出短路
CH1：CXAC85257_ LVG；CH2：Vout_36V；CH3：CXAC85257_ISEN；CH4：CXAC85257_VCC
八.方案原理图
图 6-1. 36V400W_PFC+LLC 半桥谐振方案应用电路图
九.方案板元器件BOM列表
结语
该方案通过PFC+LLC双级架构实现了93%的超高效率、0.99超高功率因数及±0.3V精密稳压，满足工业电源对可靠性、效率和功率密度的严苛要求。设计文件（含原理图、PCB、BOM表）可为工程师提供完整的参考实现。
方案价值：适用于光伏逆变器辅助电源、工业设备供电、大功率LED驱动等36V直流系统场景。
