芯茂微 400W PFC+LLC Demo 完整方案解析：从 EMI 到同步整流，全链路参数逐级拆解（内附demo实物图）

做 400W 级 AC-DC 电源的工程师应该都有同感：选方案不难，难的是拿到一份参数完整、层级清晰的参考设计——PFC 电感用多大、LLC 变压器匝比多少、谐振腔参数怎么来的、同步整流 MOS 为什么选这个耐压——每一级都要自己重新算一遍，费时费力还怕算错。

芯茂微这套 400W/24V Demo（LP9961+LP6655）走的是完整公开的路子：三段式架构（PFC+LLC+同步整流）从 EMI 到 24V 输出全链路开放参数。本文以信号流向为线索，逐级拆解每一级的核心参数与设计逻辑。

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一、方案概览与核心指标

1.1 系统框图

信号流向：

AC 输入（90-265VAC）
  → EMI 滤波（保险丝 + NTC + 共模电感 + X/Y 电容）
  → 全桥整流（310V 直流母线）
  → PFC 升压（LP6655 → 380-400V 母线）
  → LLC 谐振（LP9961 → 半桥 MOS → 谐振腔 → 变压器）
  → 同步整流（100V/30A MOS × 2 → LC 滤波）
  → 24V / 16.7A 输出

1.2 核心指标

参数项	典型值	条件
输入电压	90-265VAC	50/60Hz
输出电压	24V ±1%	16.7A 满载
满载效率	93.5%	230VAC 输入
满载效率	92.8%	110VAC 输入
功率因数	>0.99	满载
THD	<8%	满载
空载待机	<60mW	230VAC 空载
控制芯片	LP9961AA + LP6655AB	LLC + PFC

1.3 demo实物图

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二、逐级参数与设计拆解

2.1 EMI 与整流级

功能： 输入滤波、浪涌抑制、全桥整流。

关键参数：

位置	器件	作用
AC 输入	保险丝	过流保护
保险丝之后	NTC 热敏电阻	防浪涌
L/N 线	共模电感 + X 电容 + Y 电容	滤除共模/差模干扰
整流	全桥整流桥	AC→DC，输出 310V 母线
整流后	高压电解电容	母线滤波

设计说明： EMI 滤波是开关电源的第一道防线。共模电感与 X/Y 电容配合滤除传导干扰，NTC 抑制上电浪涌电流，全桥整流后得到约 310V 直流母线（空载时接近 311V，满载时略低），作为 PFC 级的输入。

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2.2 PFC 升压级（LP6655）

功能： 将整流后的 310V 直流升压至稳定的 380-400V 母线，实现功率因数校正（PF>0.99）。

控制芯片：LP6655AB，SOP-8L 封装，130kHz CCM。

引脚功能

引脚	功能	核心作用
VCC	芯片供电	欠压锁定 8.8V 关 / 10.3V 开，由 LP9961 RVCC 直接供电
FB	输出电压反馈	采样 400V 母线分压，闭环稳压
CS	电感电流采样	过流保护（OCP），电流型阈值 200μA
BO	输入电压检测	输入欠压保护，检测 AC 电压分压
DRV	PFC MOS 驱动	130kHz 定频开关，驱动 600V/20A MOS
Vcontrol	环路补偿	内部限制带宽 <20Hz，外接 RC 调启动速度

功率级参数

器件	规格	说明
PFC MOS	600V / 20A TO-247	低 Rdson
PFC 电感	400μH / 5A	升压储能电感
输出电容	400V 高压电解	母线滤波，保持时间支撑

设计要点：

• LP6655 的 VCC 由 LP9961 的 RVCC（13V）直接供电，不需要独立的辅助绕组供电电路
• FB 脚通过电阻分压网络采样 400V 母线电压，实现恒压输出
• CS 脚采样电阻决定 OCP 阈值，采用电流型比较器（200μA 阈值），噪声容限优于电压比较型
• BO 脚通过分压电阻检测 AC 输入，实现输入欠压保护
• 内置软启动，通过 Vcontrol 脚外接 RC 控制启动速度，抑制输出过冲

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2.3 LLC 谐振级（LP9961）

功能： 将 400V 直流母线通过 LLC 谐振变换降压隔离，输出到副边。

控制芯片：LP9961AA，SOP-16 封装，集成 600V 高压半桥驱动 + 13V LDO。

引脚功能

引脚	功能	核心参数
HV	高压启动 + 电压检测	直连 400V 母线，串 5kΩ 限流，耐压 600V，待机漏电 50μA
VCC	芯片供电	启动电压 16.5V，由辅助绕组供电
RVCC	13V LDO 输出	最大 160mA，直接给 LP6655 供电
HO / LO	高低端驱动输出	600V 耐压，上升/下降 30ns/20ns（@1nF）
HB / HS	半桥浮地供电	自举电容配置
FB	光耦反馈	稳压 24V 输出
ISNS	谐振电流采样	三级过流保护（OCP1/OCP2/OCP3）+ 容性区检测
DET	辅助绕组采样	输出过压保护（28V）
BO	输入电压检测	输入 UV（3.0V）/OV 保护
LL/SS	软启动 + 突发模式编程	外接电阻可编程

谐振腔参数

参数	数值	说明
谐振频率 fr	70kHz	Lr 与 Cr 由 fr = 1/(2π√(Lr·Cr)) 匹配
谐振电感 Lr	60μH	串联谐振电感
谐振电容 Cr	68nF / 1kV	高频薄膜电容或 NP0/C0G
变压器匝比 n	原边:副边 ≈ 16:1	实际值考虑绕组损耗，理论折算比约 8.3:1
励磁电感 Lm	600μH	Lm/Lr = 10，覆盖宽负载增益

LLC 变压器参数：

匝比 16:1 是实际绕制值。理论计算 n = VIN(NOM) / (2 × VOUT(NOM)) = 400V / (2 × 24V) ≈ 8.3，但实际设计中需考虑绕组损耗、漏感压降和死区时间等因素，因此实际匝比取 16:1 以补偿损耗。

半桥 MOS 参数：

器件	规格	数量
LLC 上管	600V / 15A TO-247	1
LLC 下管	600V / 15A TO-247	1

LP9961 的 HO/LO 直接驱动半桥上下管，集成 600V 高压驱动，无需外部驱动 IC。

设计要点：

• HV 脚高压启动双电流策略：VCC<1V 时 0.4mA 小电流防短路，之后切换 10mA 大电流快速上电，VCC 达到 16.5V 后关闭 HV 转辅助绕组供电
• 自适应死区控制：根据 HS 脚电压斜率动态调整（最大 1000ns），全负载范围保持 ZVS
• 容性区规避：ISNS 检测谐振电流极性，判定进入容性区后强制抬升频率
• Skip 模式可编程：通过 LL/SS 脚外接电阻设定阈值，轻载跳周期降低开关损耗，空载待机 <60mW

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2.4 同步整流与输出级

功能： 副边同步整流替代肖特基二极管，降低导通损耗，LC 滤波输出 24V 直流。

关键参数：

器件	规格	数量	说明
同步整流 MOS	100V / 30A TO-220	2	低 Rdson，低导通损耗
输出电容	1000μF / 24V	2	并联，低 ESR，降低输出纹波
输出	24V ±1% / 16.7A (400W)	—	—

设计说明：

同步整流 MOS 的 100V 耐压覆盖输出 24V 加上副边反射电压和尖峰，30A 电流能力覆盖 16.7A 满载输出，TO-220 封装配合散热器满足散热需求。两颗 1000μF 低 ESR 电容并联提供 2000μF 总容值，有效降低输出纹波。

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三、保护机制表

LP9961 和 LP6655 内置了完整的保护体系，无需外部搭保护电路：

保护项	检测方式	阈值	所属芯片
VCC 欠压锁定	内部比较器	8.8V 关 / 10.3V 开	LP6655
PFC 电感过流	CS 引脚电流比较	200μA 阈值	LP6655
PFC 过功率限制	200μA·t 积分	持续过流保护	LP6655
PFC 输入欠压	BO 脚分压检测	AC 分压阈值	LP6655
PFC 输出过压	FB 脚检测	107% VREF	LP6655
PFC / LLC 过温	结温检测	150℃ 触发	双芯片
LLC 输入欠压/过压	BO 脚分压检测	UV=3.0V / OV	LP9961
LLC 输出过压	DET 脚辅助绕组采样	28V	LP9961
LLC 输出过流	ISNS 谐振电流采样	三级 OCP / 19A	LP9961
LLC 容性区规避	ISNS 电流极性检测	硬件锁定抬频	LP9961
LLC 谐振电容放电	HS 脚 10mA 放电	Cr 放电至 <21V	LP9961
输出短路保护	ISNS + FB 联动	OCP + OVP 联合	LP9961

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四、方案特点与优势

4.1 高集成度

LP9961 将 LLC 控制器、600V 高压半桥驱动、高压启动电路、13V LDO 全部集成在 SOP-16 封装内。传统方案需要 LLC 控制器 + 高压驱动 IC + 启动电阻串 + 辅助供电电路四部分，LP9961 一颗芯片全部覆盖。

4.2 高效率

PFC（LP6655 130kHz CCM）+ LLC（LP9961 自适应死区 ZVS）+ 同步整流三段架构配合，满载效率 93.5%（230VAC），THD<8%，PF>0.99。

4.3 超低待机

LP9961 的可编程 Skip 突发模式，配合 LP6655 的 <50μA 启动电流，空载待机功耗 <60mW（230VAC）。

4.4 全链路保护

12 种保护机制覆盖 PFC 侧和 LLC 侧，全部芯片内部硬件实现，零外围保护电路。

4.5 外围极简

LP9961 的 RVCC（13V/160mA）直接给 LP6655 供电，省掉一路辅助电源；HV 脚直连母线，只串 5kΩ 电阻即完成高压启动。

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五、适用场景

应用场景	方案适配点
工业开关电源	全链路保护 + 宽压 90-265VAC + 过温 150℃，适应工业环境
服务器电源	93.5% 效率降低散热压力，24V/16.7A 输出适配服务器总线
TV 电源	待机 <60mW 满足能效标准，高集成度适配超薄机箱内部空间
大功率适配器	24V 输出覆盖常见适配器规格，三段式架构效率优势明显
LED 照明电源	PF>0.99 + THD<8% 满足照明谐波要求，可编程 Skip 适配调光场景

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六、选型参考

如果正在评估 400W 级 PFC+LLC 方案，以下参数基线可直接作为设计起点：

• PFC 级 ：LP6655 + 600V/20A MOS + 400μH/5A 电感 → 380-400V 母线
• LLC 级 ：LP9961 + 600V/15A MOS×2 + Lr=60μH / Cr=68nF 谐振腔 → 变压器 16:1
• 输出级 ：100V/30A SR MOS×2 + 1000μF/24V×2 → 24V/16.7A
• 效率预期 ：93.5%（230VAC）/ 92.8%（110VAC）
• 待机预期 ：<60mW（230VAC）
• 保护覆盖 ：12 种异常，全芯片内部集成

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资料获取方式

本文涉及的芯茂微 400W/24V Demo（LP9961+LP6655）全套设计资料已打包，包含以下内容：

• 完整原理图（PDF 高清标注版）
• PCB Layout 设计源文件
• 完整 BOM 表（含物料型号与规格）
• LP9961 + LP6655 完整规格书（Datasheet）
• 变压器与谐振腔参数设计指南
• 同步整流 MOS 选型与驱动匹配说明

获取方式：

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审核编辑 黄宇