CXAC85263双管正激电源方案：实现5V/40A高效稳定输出的工业级设计
引言
在工业自动化、通信设备和服务器电源领域，高效稳定的直流电源方案至关重要。本文深度解析基于CXAC85263控制芯片的双管正激电源方案，该方案可实现5V/40A（200W）输出，最高效率达88.5%，兼具高精度与强保护功能。
一、核心方案特性
1.1.高性能控制芯片
1.1.1)前级采用CXAC85263（集成600V半桥驱动的电流模式PWM控制器）
1.1.2)次级同步整流使用FANG204控制器，降低导通损耗
1.2.电气参数
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 输入电压 | AC 220V±10%（176~264Vrms） |
| 输出电压 | 5V±0.1V（负载/电压调整率≤1%） |
| 输出电流 | 40A（最大40.5A） |
| 输出纹波 | ≤210mV@40A |
| 工作效率 | 最高88.5%@满载 |
| 工作温度 | -10℃~50℃ |
1.3.保护机制:过流保护（触发值46A）、短路保护、VCC欠压保护
1.4.紧凑结构:PCB尺寸：190mm×76mm×25mm
1.5.效率曲线
二、双管正激拓扑技术优势
4.1 核心工作原理
4.1.2)代码
graph LR A[输入滤波] --> B[双管正激变换器] B --> C[同步整流] C --> D[LC滤波输出]
4.1.3)磁芯能量回收：开关管关断时，励磁电流通过D1/D2返回输入电源，无需复位绕组。
4.1.4)电压应力低：初级开关管仅承受输入电压（对比单管正激降低50%耐压需求）。
4.1.5)无直通风险：Q1/Q2串联于桥臂，同步开关消除短路隐患。
4.2 关键电路设计
4.2.1)功率级：
4.2.1.1)初级MOS管：NCE651540K（TO-252封装）
Q1、Q2 这 2 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。
4.2.1.2)次级整流：NCEP3090GU（PDFN5×6低内阻MOS）
4.2.2)滤波设计：
4.2.2.1)输入电容：150μF/400V电解电容（高频低阻型）
4.2.2.2)输出电容：4×220μF/25V并联（降低纹波）
C1 为输入电容，C5、C6、C7、C8 为输出电容，这 4 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。
4.2.2.3)储能电感：4.7μH铁硅铝磁环电感
4.3.双管正激变换器原理
本方案主电路采用双管正激变换器，主要优点为；
4.3.1)变压器储能有释放回路，不需要另设复位电路或复位绕组。主要原因是在开关管导通
时，变压器励磁，而开关管闭合时由桥臂上的两个二极管续流，磁芯去磁，同时磁芯
能量返回直流电源；
4.3.2)变压器初级电路半导体器件承受的电压等于转换器的输入电压，而单管正激需要更高
的耐压器件；
4.3.3)双管正激相对于其他多管的变换器拓扑而言，两个开关管无直通短路的危险。因两个
开关管在桥的对角线上，正常工作时就是两管同时导通，同时关断，此时变压器初级
绕组承受电压，所以没有直通危险。
本方案前级控制采用集成 600V 半桥驱动电流模式 PWM 控制器 CXAC85263，具 VCC 欠压保护
（UVLO）、 逐周期电流限制、过载保护、软启动等。次级采用 FAN6204 同步控制器，导通损
耗大大低于肖特基二极管方案。
双管正激变换器主电路原理图如图 4-1 所示，其 中 C1 为输入直流滤波电解电容，Q1、Q2
为初级功率开关管，D1、D2 为变压器磁通复位二极管，T1 为主变压器，Q3、Q4 分别为次级的
整流管和续流管，L1、C2和 R1 分别为储能电感、输出滤波电容和负载。CXAC85263 控制初级 MOS
管 Q1、Q2 同时导通时，将能量从变压器初级传送到次级；在次级，整流 MOS 管 Q3 导通，将变
压器能量传送到储能电感 L1、输出滤波电容和负载。当初级 MOS 管 Q1、Q2 同时关闭时，变压
器励磁电流流经正向偏置的 D1、D2 并流回电源，直至初级的全部励磁能量和储存在漏感中的
能量返回输入电源；在次级，续流 MOS 管 Q4 导通，将 L1 电感能量传送到负载。
三、实测性能数据
5.1 稳态性能（AC 220V/50Hz）
| 测试项 | 条件 | 数值 |
|---|---|---|
| 输出电压精度 | 0-40A负载跳变 | ±0.25V |
| 纹波噪声 | 40A满载 | 200mVpp |
| 效率 | 40A满载 | 88.2%~88.5% |
5.2 动态响应
5.2.1)负载瞬变（0A↔40A）：输出电压恢复时间＜500μs
5.2.2)过流保护：46A触发保护，响应时间＜1ms
四、关键元器件选型指南
4.1 核心器件BOM
| 器件 | 型号 | 规格 | 作用 |
|---|---|---|---|
| U4 | CXAC85263 | SOP-16 | 主控制器 |
| Q1/Q2 | NCE651540K | TO-252 | 初级开关管 |
| Q3 | NCEP3090GU | PDFN5×6 | 次级整流MOS |
| T1 | PQ320变压器 | 立式6+6骨架 | 能量转换 |
4.2 选型要点
4.2.1)电容选型:输入/输出电容需满足低ESR、高频特性（如固态电解电容）
4.2.2)MOS管优化
4.2.2.1)优先选择Rds(on)＜10mΩ、Ciss/Coss小的器件
4.2.2.2)门极电阻可调（抑制开关尖峰）
4.2.3)变压器工艺
4.2.3.1)初级绕组：2×18匝ϕ0.6mm漆包线
4.2.3.2)次级绕组：2匝铜箔（0.2mm×8mm）
4.2.3.3)绝缘耐压：初级-次级≥2500V AC
4.2.4)变压器绕制图
五、方案优势总结
5.2.高可靠性：双管拓扑规避直通风险，支持-30℃~65℃存储
5.3.精准调控：电压/负载调整率≤1%，纹波控制在200mV内
5.4.紧凑设计：190mm×76mm PCB布局优化空间利用率
六. 典型波形
6.1.启动波形
6.1.1)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V0A
CH2：输入电解电容波形，CH4：输出 5V 波形
6.1.2)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A
CH2：输入电解电容波形，CH4：输出 5V 波形
6.2.稳态工作 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A。
CH4：上管 Vs 的波形，CH2：下管驱动 Vgs 的波形。
6.3.输出纹波 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A。
CH4：输出纹波约 200mV（交流耦合）
6.4.瞬态响应
6.4.1）测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A。
CH4：输出 5V 波形，CH3：下管 Vgs 波形
6.4.2）测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A。
CH2：下管 Vgs 波形，CH4：输出 5V 波形
6.5.过流保护 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V46A，过流。
CH2：上管 Vs 相对于地的波形，CH3：输出 5V 波，CH4：下管 Vgs 波形
6.6.短路保护 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A，短路。
CH3：输出 5V 波，CH4：下管 Vgs 波形
七.方案原理图
八.方案 PCB
7.1 PCB 板图
7.1.1)Top层器件位号图
7.1.2)Bottom层器件位号图
7.1.3)Bottom层走线图
九.应用场景建议
此方案特别适用于：
工业控制设备主电源
服务器辅助电源（ATX 5VSB）
大电流充电模块
通信基站供电系统
