600W工业级APFC电源方案：基于CXSU63306连续模式的设计与实现
在高端工业电源领域，高效功率因数校正（PFC）技术是提升能源利用率的关键。本文深度解析基于CXSU63306控制芯片的600W连续模式APFC方案，涵盖核心特性、设计原理、关键参数计算及实测数据，为工程师提供可落地的设计参考。
一、方案核心特性
1.1.拓扑结构：Boost升压型APFC（有源功率因数校正）
1.2.输入范围：AC 85-265V（全球电压兼容）
1.3.输出规格：380V DC/600W（稳压精度±1%）
1.4.关键性能：
1.4.1)超高功率因数：PF>0.998（230V满载）
1.4.2)极致效率：98.2%（行业领先水平）
1.4.3)超低THD：<5%（全负载范围）
1.5.紧凑设计：100mm×50mm×50mm PCBA
二、性能实测数据
| 测试条件 | 效率 | 功率因数 | THD |
|---|---|---|---|
| 85V输入/600W负载 | 91.5% | 0.924 | 32.8% |
| 230V输入/600W负载 | 98.2% | 0.998 | 4.3% |
| 265V输入/300W负载 | 96.7% | 0.992 | 8.1% |
性能曲线解读：
1.功率因数随负载增加稳定>0.95
2.230V输入时效率全程>96%
3.THD在50%负载后显著优化至<10%
三、设计原理深度解析
3.1. CXSU63306芯片核心优势
3.1.1)三重控制引擎：内置高性能乘法器+除法器+THD优化电路
3.1.2)灵活频率配置：65/133/200kHz三档开关频率可选
3.1.3)强驱动力：1.5A栅极驱动电流（支持大功率MOS）
3.1.4)完备保护：软启动/过压/欠压/过功率保护
3.2. 工作原理（双闭环控制）
3.2.1)电流内环：以乘法器输出为基准，实时控制电感电流波形
3.2.2)电压外环：维持380V稳压输出
3.2.3)波形同步：输入电流与电压同相位（正弦波追踪）
3.2.4)方案原理图
图 4-1. 基于 CXSU63306 的 APFC 电路
3.2.5)CXSU63306 工作原理描述
CXSU63306主要特点有：内置高性能乘法器、除法器，配合优化的THD电路。提高了整个
系统的PF值；电路设计元器件少，低启动电流，栅极驱动电流达到1.5A，此芯片有三种开关频率
可 选（ 65/133/200kHz）；同时芯片具有软起动、过电压保护、欠电压保护和过功率保护等功能。
CXSU63306-APFC原理图如图4-1所示，基本工作原理如下：单相交流电经过桥式整流DB1
后得到100Hz/120Hz 的单相双半波正弦电压信号，然后对全波直流电压进行Boost变换。整
流桥DB1输出电压的检测信号和输出电压误差放大信号的乘积得到基准电流信号，此基准电
流信号与电感电流采样信号经电流误差放大器比较放大后输出，然后与锯齿波比较，输出
PWM信号驱动开关管Q1。当开关管Q1 导通，二极管D1反向截止，输入电压用过整流桥后加
在输入电感上，电感L2电流上升，上升速度与输入电压成正比；当开关管Q1截止，二极管
D1 导通，电感 L2 通过二极管 D1 给电容 C2、C3 充电。
电路采样双闭环控制方式，电流环作为内环，以乘法器的输出作为参考，直接控制升压
电感的平均电流。电压环作为外环，可实现输出电压的稳定。通过CXSU63306芯片控制开关管驱
动脉冲，使输入平均电流波形为完整的正弦波，其相位与交流输入电压同相，如图 4-2 所
示；且保持输出电压稳定，从而实现恒压输出和提高功率因素的目的。
四、关键元器件选型计算
4.1. 功率器件选型
4.1.1)MOSFET：FCP20N60（650V/20A）
4.1.1.1)选型依据：尖峰电流12A（公式：Ipk(max)=0.9×852×600=11.1A)
4.1.1.2)优势：Rds(on)=0.19Ω，Ciss=2400pF（低导通/开关损耗）
4.1.2)续流二极管：MUR2060（600V/20A）
PFC 升压电路采用 Boost 拓扑结构，因此续流二极管的选择非常重要。因为电路中输出电
容比较大，续流二极管应能承受电感的最大峰值电流、输出电压的最大反向电压，并且反向恢
复时间要尽量的短，时间长会导致开关损耗大。本文选择 MUR2060,其最大正向电流为 20A，反
向耐压为 600V，反向恢复时间最大 50nS。
4.1.2.1)关键参数：反向恢复时间≤50ns（降低开关损耗）
4.2. 电感设计（300μH定制）
4.2.1)磁芯选型：CS400060磁环（AP=4.577cm⁴）
4.2.2)绕线工艺：61匝0.1mm×200股利兹线
4.2.3)计算公式:
（最终取300μH余量）
4.3. 输出电容计算
4.3.1)保持时间要求：20ms（输出电压>330V）
4.3.2)容量计算：
4.4.开关管的选择
本文的方案最大输出电压为 400V，开关管最大实际漏源电流约为 12A（见式 4-3），但实
际电压和电流有尖峰脉冲，电压电流取值要留一定余量。为了减小开关损耗和导电损耗，要选
择低结电容、低内阻的 MOS 管。本文选择 FCP20N60 开关管，其最大耐压为 650V，最大导通电
流为 20A，Rds=0.19Ω，Ciss=2400pF。
4.5.电流检测电阻计算
电流信号通过一个电阻（图 4-1 中的 R6、R8，此处选择两个 0.1Ω并联）得到一个负电压，
再接连一个电流检测电阻（图 4-1 中的 R11）到芯片 3 脚。检测电阻计算公式如下：
4.6.PFC 电感计算及设计
设计的 APFC 样机输入电压 85-265Vac，输出电压 400V，输出功率 600W，采用基于CXSU63306
的 APFC 电路。在 Boost 功率因数校正电路中，升压电感的设计至关重要，设计不当会使功率
因数降低或体积变大，以下是升压电感的设计，控制电路外围器件的设计则可参考 CXSU63306 的
数据手册。
由于本电路工作于平均电流模式，为避免电感饱和，所以设计升压电感时，要保证电流满
足要求情况下设计电感。
电感线圈峰值电流计算公式如下：
五、PCB设计要点
5.1.布局策略
5.1.1)功率回路最小化：整流桥→电感→MOS→二极管
5.1.2)电流检测电阻（R6/R8）贴近芯片ISEN引脚
5.2.EMI优化
5.2.1)输入级：4mH UU9.8共模电感
5.2.2)X电容：1μF/400V CBB21电容
5.3.方案 PCB
5.3.1)Top 层位图
5.3.2)Top层走线图
5.3.3)Bottom层走线图
六、实测波形分析
6.1.230V/600W工作波形：
6.1.1)电感电流连续无断流（CH4）
6.1.2)开关频率稳定65kHz（CH2）
6.1.3)输出电压纹波<2%（CH3）
6.2.85V极限测试：
6.2.1)电感峰值电流达95.88V（CH4）
6.2.2)仍保持363.93W稳定输出
七、BOM关键器件清单
八.方案典型波形
8.1.输入 230Vac-50Hz，带载 600W 时的波形
8.2.输入 230Vac-50Hz，带载 600W 时展开的波形
注：CH1：Vg（市电整流桥后的波形） CH2：Vgs CH3：Vout CH4：IL（电感电流）
8.3.输入 85Vac-50Hz，带载 600W 时的波形
注：CH1：Vg（市电整流桥后的波形） CH2：Vgs CH3：Vout CH4：IL（电感电流）
8.4.输入 85Vac-50Hz，带载 600W 时展开的波形
注：CH1：Vg（市电整流桥后的波形） CH2：Vgs CH3：Vout CH4：IL（电感电流）
结语
本方案通过连续模式APFC架构实现98.2%的峰值效率和0.998超高峰值功率因数，攻克了宽电压（85-265V）输入下600W高密度电源的设计难题。其紧凑的5cm³布局与工业级可靠性，特别适用于服务器电源、光伏逆变器、工业设备等高端场景。
