從幾年前30/60kW到現在300/500的充電樁，在外觀上卻沒多大的區別，這其中磁性元件體積的減小功不可沒。磁集成技術的應用，又將為小型化帶來哪些驚喜？在落地過程中最大的挑戰是什么？

編者按

10月14日，在2024年磁集成技術創新與應用研討會期間，以“鏈動共贏，集成未來新生態”為主題的圓桌論壇匯聚了產業鏈上下游的杰出代表。為深入解析此次磁集成技術論壇的精髓，本期《對話》將系統梳理論壇討論內容，旨在幫助磁性元件企業明晰磁集成技術在熱門領域的應用前景、當前面臨的挑戰，并探討供應鏈如何優化協同，共同推動產業鏈構建磁集成產品應用的新生態，加速磁集成技術在大功率場景的實際應用與落地。

問題導覽：

1.磁集成技術在哪些領域具備發展潛力？

2.磁集成應用面臨的挑戰有哪些？

3.希望上游提供哪些配合？

嘉賓圖

鏈動共贏 集成未來新生態圓桌論壇現場圖

論壇主持人中國電源學會磁技術專業委員會秘書長、廣東省磁性元器件行業協會副秘書長、Big-Bit資訊磁性元件與電源事業部總經理李紅兵

1.磁集成技術在哪些領域具備發展潛力？

深圳大學劉藝濤：第一是新能源汽車。新能源汽車對直流充電樁、車載OBC以及其他DC-DC裝置的體積和重量要求非常高，目前直流充電樁都很笨重，占用空間很大。隨著電動汽車數量的增加，如何在有限的空間內放置更多的充電樁，加上汽車對續航里程的要求也越來越高，磁集成在減小其體積和重量這方面有很大的發揮空間。

第二是數據中心。實際上，數據中心最大的支出成本就是電費。從電力電子裝置的角度來看，效率已經很高，再想提高1%都是相當困難的，可以從磁性材料方面考慮降低成本并提高效率，因為磁性材料也有損耗，相比于電力電子裝置，變壓器的損耗就很高了，未來如何通過磁集成進一步提高變壓器、電感效率，進而提高整個系統效率，都有很大的發揮空間。

第三是手機充電器和其他消費電子產品。許多消費電子產品的競爭非常激烈，對于很多人來說，他們更關心的是磁集成產品的外觀和美觀程度，價格差異可能不那么敏感。隨著社會的發展進步，我們越來越需要考慮磁集成產品的美觀性。為什么戴森的吹風機那么貴，而其他品牌的吹風機便宜很多，卻仍有很多人選擇購買戴森，因為它的設計好看。如何讓產品更輕便、更小巧，磁集成技術是一個很好的解決方案。

深圳大學副教授劉藝濤

英搏爾高軍：理論上，磁集成產品可以應用于各個方面，無論是大功率還是小功率電子器件，其好處在于減小體積和降低成本。在車載領域，各個電路拓撲同樣可實現磁集成，但我們主要關注OBC和DCDC轉換器。

磁集成技術有兩種方式，包括解耦集成（物理集成）和耦合集成（磁芯、線圈、磁場共用）。物理集成是通過工藝方法將多個磁性元件放在一起，從工藝的緊湊性上來減小體積，但其電氣性能和磁設計是不變的，只是結構上有所不同。而真正的磁集成技術則是將多個變壓器、電感的磁芯線圈共用，通過磁場相互交疊來達到同樣的目的，用一個器件實現兩到三個器件的功能。

車載電源通常包括充電機和DCDC轉換器，這些又可以分為PFC部分和高壓隔離DC-DC部分，現在通常要求雙向工作，一般使用CLLC或DAB來實現。在這些應用中，磁集成技術主要用于CLLC或DAB中的變壓器和電感集成，這也是目前收益最高的；以及PFC中做交錯并聯的兩顆電感磁集成，在某些場合，廠家會將兩個電感進行磁集成，共用部分磁心并進行耦合，以減少體積，但這種磁集成的體積縮小幅度有限。

除了上述，車載電源還包括從高壓電池到低壓電池的DC-DC轉換，通常采用硬開關全橋或移向全橋來實現，這里面的變壓器和輸出濾波電感也可以進行磁集成。不過，由于成本效益不高，這種磁集成在實際中使用較少。

英搏爾電氣電源產品CTO高軍

銘普光磁李禮鵬：高總提到的幾種磁集成方式，我們確實在變壓器和輸出濾波電感的磁集成方面進行了一些嘗試。從磁性元件的角度來看，我們認為所有領域都有發展潛力，并且都會帶來一定的收益。當然，成本是一個需要考慮的因素，如果最終的收益不大，可能就不會進行這種磁集成。磁集成的目標是提高功率密度并降低成本，并不局限于某個特定領域，而是取決于磁集成技術對成本和空間的考慮。

今天早上我展示了一個大約3毫米的器件，我們可以將其做成集成的兩個共模電感，包括大功率共模電感和共差膜一體的磁集成，這些都是屬于尺度的磁集成。此外，高總提到的PFC交錯并聯我們也做了很多年，收益確實比較明顯，尤其是在服務器電源或充電樁等功率較大的應用中，可能只差幾毫米的空間。通過磁集成，我們可以節省一塊磁芯材料，從而減小整個磁集成產品體積。

東莞銘普光磁股份有限公司研發總監李禮鵬

云路新能源施洪亮：我和高總、李總的看法一致。我認為磁集成的應用領域不分功率大小，也不分低頻、高頻。我以前在軌道交通領域，比如鐵路里的24V充電機，輸出是12kW、500A，拓撲結構是半橋隔離型DCDC，后面是全波整流。因為500A的電流，我們其實不能稱之為磁集成，只是把兩個電感和變壓器放在一起。

為什么系統方案商喜歡這種方式呢？從采購角度來說，只需要一個器件；從布線角度來說，即使簡單地把幾個器件從物理上放在一起，它們之間的連線是內部的，加上器件數量的減少，其可靠性大大提高。所以說不分功率大小，因為可以減小體積、重量，提高效率，對用戶有很大的收益。

云路新能源深圳研究院總工程師施洪亮博士

超越精密於漢斌：將幾個磁性元件組合在一起，我們一般定義為磁組合。只有當磁路相結合時，我們才稱之為磁集成，因為這樣可以減少多余的尺寸，并將有用的全尺寸全部利用起來。

針對磁集成技術應用領域的問題，目前熱門的新能源汽車、充電樁以及AI服務器等領域都有磁集成產品的應用。我們公司在這些領域有很多磁集成產品正在大量生產，尤其是服務器和AI服務器領域，集成電感的需求量很大，每個月都有幾KK的量級。所以，很多領域都有普遍化的磁集成技術應用。

江西高新超越精密電子有限公司新能源事業部研發處長於漢斌

凱通電子黃定友：我們認為磁集成技術肯定是一個發展方向。磁集成的概念很早就有，但到現在為止推行起來還是有困難，或者即使推行了也存在問題。我想其中一點就是怎么能夠實現自動化或者批量性的標準化，剛才有磁集成技術專家在演講時也談到了這個問題。如果不能從這方面降低磁集成技術成本，可能就會變成省空間、省材料但最終不省錢，這也是我們對磁集成產品需要考慮的因素。

山東凱通電子有限公司技術總工黃定友

2.磁集成應用面臨的挑戰有哪些？

深圳大學劉藝濤：剛才施博士提到為什么只有華為能夠實現組串式光伏三相電感磁集成技術，其實這個問題并不簡單，我認識的很多朋友，自己也有很多學生在華為數字能源部門工作，華為在光伏逆變器，甚至單是電感的研究中就投入了大量的人力和資金。

早期我也做過大功率設備，尤其是三相功率電感的磁集成工作，遇到了很多問題，包括前面提到的散熱問題。熱的本質是損耗，也就是銅損和鐵損，銅損相對好解決，鐵損方面，一是可從逆變器的拓撲結構和控制算法的角度減小電流脈動；二是磁芯結構，傳統三相電感更多采用非對稱磁芯結構，我認為對三相電感而言，對稱式是一種很好的磁芯結構，是磁通分布的最優解，我們也在做這方面的研究，剛才在外面也有看到云路施博士做的對稱式磁集成產品；三是損耗計算方面，我們經常基于經驗來計算鐵損和銅損，比如常用的斯坦利茨（Steinmetz）方程，它已經有100多年的歷史了，隨著磁集成技術的發展，這個公式可能不再準確。最近MIT做了一個基于數據驅動的磁性材料建模，主要目的之一就是改進斯坦利茨公式。其實磁，或者說磁性材料是非線性系統，單個公式甚至一系列公式都無法準確描述它，未來基于數據驅動的AI大模型算法可以有效幫助解決磁集成技術方面的問題。

移相全橋諧振電感集成，圖源：泰科斯德

英搏爾高軍：實際上，不管是簡單的耦合集成還是解耦集成，都是非常難的，主要就是像劉教授剛才所講，它已經不可用傳統的公式去計算。原來設計變壓器，匝數、磁場都有一套約定俗成的公式和流程，但進行磁集成后這些參數就很難計算出來了，即便算出來也不一定準確，實際上磁集成技術遠不是表面看到的那么簡單。

舉個例子，變壓器集成諧振電感后，變壓器的磁芯或者線包發熱會非常厲害，但一算電流密度也不高，為什么呢？大家在設計這種變壓器帶漏感的磁集成產品時，通常會把漏感做大，原邊副邊盡量解耦才能做出較大的漏感，但這時候原邊磁場會以非耦合方式進入副邊進而產生雜散磁場，且漏感的磁場會切割線包，導致高頻損耗非常大；另外漏感做大以后，線包、磁芯里的磁場也不僅僅是變壓器伏秒積算出來的Delta B了，還有電感的磁場疊加在這里，這個時候就要把磁芯加大。如果這些沒有提前進行磁集成設計和仿真，還是按原來的方法設計變壓器磁芯的截面積，大概率是失敗的。

銘普光磁李禮鵬：目前磁集成產品面臨的挑戰有兩方面：一是如何在制造過程中實現成本最優，當前實際情況是，沒有絕對的最優解，只有不斷追求更好的磁集成技術解決方案；二是知識產權的問題，我們會投入大量資源開發新磁集成產品，但這些磁集成產品可能很快就會被拆解或模仿，導致我們的訂單持續時間較短，這種情況讓我們感到很大的壓力和困擾。

磁集成產品，圖片來源：銘普光磁

超越精密於漢斌：剛才高總也講了，終端客戶的磁集成應用主要就是集中在散熱，磁集成以后，效率也會變差，怎么才能實現理想變壓器的結構，這就是現在磁集成技術面臨的問題。

磁集成產品，圖片來源：超越精密

云路新能源施洪亮：目前很多磁集成技術還是停留在學術研究階段，真正實際應用的比較少，比如組串式光伏的三個輸出濾波電感，理論上磁集成效果肯定更好，但目前整個行業就華為真正量產了三相七柱的磁集成電感，其中最大的問題就是磁集成后散熱非常難解決。

凱通電子黃定友：不管是從磁集成還是磁性材料的發展，磁材企業面臨的壓力都是非常大的。一是原材料質量，比如說錳鋅鐵氧體，主原料鐵紅是鋼鐵廠回收鹽酸產生的副產物，是不受鋼鐵廠重視的，這也導致磁材企業的原材料質量參差不齊，尤其是體量較小的磁材企業尤為突出；二是磁路或者用法更復雜，如何去評價磁性材料的損耗也是一個問題；三是磁性材料屬于基礎材料，但做磁性材料又有點像挖煤，很辛苦還不一定賺錢，如何吸引優秀人才和年輕人從事這個行業，以滿足越來越復雜的磁集成材料開發，這也是一個挑戰。

磁集成磁芯，圖源：凱通電子

3.對上游有哪些期望？希望上游提供哪些配合？

深圳大學劉藝濤：我覺得可以從兩方面加強校企合作。一是高校有很多磁集成技術研究成果，尤其是磁方面有很多有價值的研究，如果能把這些研究轉化為產品，我覺得磁集成產品競爭力會有一個質的飛躍，比其他任何方式都要明顯；二是磁仿真軟件的共享，剛才大家都談到磁仿真軟件很貴，而高校購買的學術版磁仿真軟件，相比企業版便宜很多，企業購買磁仿真軟件除了高昂的授權費，一般還需要配備磁仿真人才，利用高校的磁仿真平臺，對企業來說可能會是更實際的選擇。

英搏爾高軍：實際上，對磁性材料來說要求是一樣的，不管是否磁集成產品，磁性材料的損耗都要盡量低；

現在大家可能對高頻磁芯研究比較多，很多廠商不重視線材，但我認為對線材而言，如何做出一種新結構，或者說做出一種抗高頻、耐高壓的線材，即便在一個高頻的雜散磁場也能保持低損耗，絕對是未來很好的一個方向。

磁集成技術在理論上更加復雜了，一方面我們自己已經在高校挖掘磁集成技術方面人才提高自身設計能力，另一方面也希望上游的磁性元件，甚至磁性材料供應商有這方面的設計和仿真能力，相當于大家思路是一致的，而不是像現在這樣都是基于我的磁集成產品設計，上游供應商只是從工藝上實現這個器件，甚至很多工藝也是我們自己在考慮。我覺得想把電感、變壓器做好，上游供應商是需要具備這種能力的，哪怕會產生一些費用，這是我對上游供應商的期望吧。

比如云路能把施博士這種清華大學的高材生請過來做專門磁的研究，又具備磁仿真能力，我相信云路就能很好地配合客戶，做出僅客戶自己做不出來的磁集成產品，這樣的企業未來就能走得更遠，更有前途。

磁集成產品，圖片來源：超越精密

銘普光磁李禮鵬：銘普光磁在磁集成方面已深耕多年，有仿真軟件和專門的仿真工程師，能夠為客戶提供磁集成產品設計方案，而不僅僅依賴于客戶提供的方案。

云路新能源施洪亮：我們購買了仿真軟件，組建了電力電子專業和數值仿真計算專業為主的博士團隊對“電-磁-熱-力”進行多場耦合仿真，云路還搭建了“500kW高溫環境試驗箱”平臺，可以對最大功率的組串式光伏逆變器系統進行高溫溫升試驗，根據實驗結果對“磁性器件優化設計方案”進行方案迭代升級，最終的目標是：提高送樣客戶一次成功率，節省客戶磁集成產品測試迭代時間。

三合一磁集成產品，圖片來源：泰科斯德

超越精密於漢斌：高總提到對線材的要求和期望，確實是這樣，包括超越精密也有利茲線事業部，從事相關線材的研發和生產，單絞和復合絞的損耗差距就蠻大，包括股數、絞合方式、絞距等都有影響；另外針對磁仿真這塊，目前應該說規模稍微大一點的企業都會自己做，超越精密在磁仿真、熱仿真方面都是沒問題的。

磁集成產品，圖片來源：超越精密

凱通電子黃定友：希望能夠盡快制定磁路參數的標準。至今為止，現有標準并沒有涵蓋磁集成磁路方面的計算方法，這可能是因為參數計算相對復雜或其他原因。一是希望未來能更快制定這類標準，制定過程中能有更多磁性元件企業和電源企業參與進來，共同提出建設性的意見，以便更好地完善這些標準；二是如何評估磁性材料生產過程中的損耗是一個難題。我們希望未來能與磁性元件企業、電源企業等合作伙伴加強溝通，共同達成一種共識，明確如何控制和評價磁集成產品質量的好壞。

磁集成磁芯，圖源：凱通電子

結語

也許我們拆開一個磁集成變壓器來看，結構也沒有多復雜，但細究起來，其實每一圈都有千變萬化。

綜合論壇嘉賓的觀點看：

從磁集成技術應用前景角度而言，理論上磁集成產品不分功率大小、頻率高低，可應用于各個領域，最終衡量標準，是節省的電感、變壓器數量、材料和成本，與磁集成產品系統優化成本和空間要求之間的綜合平衡；

從磁集成技術應用挑戰角度而言，最大的挑戰在于這種新形態磁集成產品打破了原有的設計、制造方法，由此衍生了一系列的問題，包括電磁場計算的復雜化，散熱問題更難解決，雜散參數影響變大，磁芯、線材、磁性元件產品缺乏相對應標準等等，并最終匯聚到損耗或散熱這個點上；

從磁集成產業鏈角度而言，磁集成技術的落地是一個循序漸進的過程，除了前面提到技術層面的挑戰，未來還有批量化和自動化生產等問題，需要整個磁集成產業鏈上下游更加緊密地配合，同時也需要磁性元件企業在觀念上有所轉變，吸引更多年輕人和優秀人才投身于磁性元件行業，共同打破磁集成技術當前困境，以及應對未來越來越高的要求。

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審核編輯 黃宇