高效双管正激同步整流电源方案解析：5V/40A AC-DC转换设计
一.方案核心优势
本方案采用CXAC85256双管正激PWM控制芯片，实现AC 176-265V输入转DC 5V/40A输出的高效电源设计。
关键特性包括：
1.1.89.5%峰值效率：满载条件下实测效率突破传统方案瓶颈
1.2.<2W超低待机功耗：优于能源之星标准
1.3.同步整流技术：CXBD3504S驱动MOS管替代肖特基二极管，降低次级损耗
1.4.多重保护机制：输入欠压/输出过载/短路全保护
1.5.前级采用集成主动同步整流信号的双管正激 PWM 驱动芯片 CXAC85256
1.6.同步整流 MOS 管驱动芯片 CXBD3504S
1.7.恒压恒流控制芯片 CXLB73136
1.8.输入电压：AC 176-265 Vrms
1.9. 输出参数：DC 5V40A
2.0.静态功耗：＜2W
2.1.满载效率：≥89%
2.2.紧凑结构：190×76×23mm PCB尺寸支持高密度集成
二.核心技术解析
2.1.双管正激拓扑创新
2.1.1)采用Q1/Q2双MOS管架构（P20NM60，20A/600V），对比传统单管方案：
2.1.2)开关管电压应力降至输入电压峰值
2.1.3)500V耐压MOS管实现更低导通电阻
2.1.4)无复位绕组设计，励磁能量通过D1/D2超快恢复二极管回馈至输入电容
2.2.同步整流系统
2.2.1)次级采用AP30H150K MOS管（150A/30V）
2.2.2)CXBD3504S驱动芯片配合隔离变压器T2精准控制Q3/Q4
2.2.3)整流损耗降低60%以上
2.3.智能控制核心
graph LR A[CXLB73136采样] --> B[电压/电流反馈] B --> C[光耦隔离传输] C --> D[CXAC85256调占空比] D --> E[恒压恒流输出]
三.实测性能数据
| 参数 | 条件 | 典型值 |
|---|---|---|
| 负载调整率 | 0-40A@220VAC | ≤1.1% |
| 电压调整率 | 176-265VAC@40A | 0.04% |
| 输出纹波 | 40A满载 | 100mV |
| 工作温度 | -10℃~50℃ | 稳定运行 |
本方案主电路采用双管正激式同步整流拓扑，相较于传统单管正激拓扑，主要有以下优点：
①主开关管 Q1，Q2 承受的电压应力仅为最大输入电压，可使用耐压为 500V 的 MOS 管，而低
耐压的 MOS 管导通内阻更小；②不需要变压器磁通复位绕组，励磁电感能量与漏感能量通过
超快恢复二极管 D1，D2 回馈至输入滤波电容 Cin，绝大部分能量得到了再利用；③次级采用
MOS 管同步整流，导通损耗大大低于肖特基二极管整流方案。
方案原理框图如图 5-1 所示，CXAC85256 控制初级 MOS 管 Q1，Q2 同时导通或关断，并发出
同步整流信号，经隔离驱动变压器 T2 和驱动芯片 CXBD3504S 控制次级整流管 Q3 和续流管 Q4。
输入能量通过主变压器 T1 传输到次级并经输出电感 L 与输出电容 Cout 滤波后得到直流输出电
压。CXLB73136 采样输出电压与输出电流，将内部误差放大器反馈信号经过光耦传输给 CXAC85256
调节 PWM 占空比，达到输出恒流与恒压的目的。初级侧 MOS 管的逐周限流由 CXAC85256 控 制 ，次
级侧 Q3、Q4 的轻载关断功能由 CXLB73136 控制。
3.3)保护功能
闭 PWM 输出；当输入大电容上的直流电压大于 228V 时，CXAC85256 自动恢复工作，开
启 PWM 输出。
3.3.2)输出过载保护：当输出电流大于 45A 时，CXLB73136 内部电流环运放输出通过光耦控制
CXAC85256 关闭 PWM，如果持续过载，电源将进入间歇性打嗝模式。
3.3.3)输出短路保护：当输出 5V 短路时，CXAC85256 的 VCC 电压将会由于辅助绕组无法供电而
持续下降，内部静态电流很快泄放 VCC 电容的电压，当 VCC 引脚电压低于 8V，CXAC85256
关闭 PWM 输出，同时母线电压通过启动电阻重新对 VCC 电容进行充电，当 VCC 电容
的电压高于 16V 时，CXAC85256 重新开启 PWM 输出，如果输出一直短路，电源将进入间
歇性打嗝模式。当输出短路消除后，输出 5V 自动恢复正常
四.保护机制深度优化
4.1.输入欠压保护：直流母线<220V时进入待机，>228V自动恢复
4.2.过载保护：>45A触发打嗝模式（间歇工作）
4.3.短路保护：VCC电压<8V关闭PWM，>16V自恢复
4.4.双重防护：初级逐周限流（CXAC85256）+次级关断控制（CXLB73136）
五.关键器件选型
5.1.变压器设计
5.1.1)PQ3220磁芯（PC44材质）
5.1.2)三明治绕法：Np1(9T)→铜箔Ns(1T)→Np2(9T)
5.1.3)初级电感>2.3mH@10kHz，漏感<2μH
5.1.4)2500VAC隔离耐压
5.1.5)变压器图纸
5.1.6)绕制详细说明
5.2.功率器件配置
5.2.1)整流桥：KBL608(6A/800V)
5.2.2)输出电感：铁硅铝磁环3μH/50A
5.2.2.1）线路原理图
5.2.2.2）绕制详细说明
5.2.3)滤波电容：4×3300μF电解+180μF/400V薄膜电容
六.工程验证数据
6.1.启动特性：220VAC空载启动时间<500ms
6.2.稳态波形：DS电压振铃<20%，同步整流信号无交叠
6.3.短路恢复：故障解除后200ms内输出电压重建
七.典型波形
7.1.启动时间
7.1.1)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V0A
Vout：输出 5V
7.1.2)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A
Vout：输出 5V
7.2.稳态工作
7.2.1)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A
Vs：初级MOS管DS极电压，Vgs1：同步续流管GS极电压，Vgs2：同步整流管GS电压
7.2.2)测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A
Vs：初级MOS管DS极电压，Vgs1：同步续流管DS极电压，Vgs2：同步整流管DS极电压
7.3.输出纹波 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出 5V40A
Vout：输出 5V(交流耦合)
7.4.短路保护 测试条件：输入 AC 220V/50Hz，输出短路
Vs：初级MOS管DS极电压，Vgs1：同步续流管DS极电压，Vgs2：同步整流管DS极电压
八.方案原理图
九.方案 PCB 图
9.1.插件位图
9.2.贴片位图
9.3.Top 层走线
9.4.Bottom 层走线
九.应用场景拓展
本方案已成功应用于：
1.工业设备辅助电源
2.5G基站备用电源
3.大功率USB PD充电桩
4.服务器备用电源模块
十.方案元器件BOM列表
十一.方案优势总结
通过CXAC85256芯片的主动同步整流控制技术，结合双管正激拓扑的电压应力优势，本方案在200W输出功率等级实现：
1.效率提升3-5%（对比传统反激方案）
2.元件高度压缩至23mm
3.动态响应速度提升40%
4.BOM成本降低15%（省去磁复位电路）
文档显示该方案已通过IEC62368安规预认证，实测EMI传导余量>6dB，适用于对空间和效率要求严苛的工业场景。完整设计文件（原理图/PCB/变压器规格）可参考原文档第7-15页。
