对话：磁性元器件在应用端面临哪些挑战?

　　编者按：

　　谈及电源行业的未来，除了碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)之外，磁性元器件也是绕不开的话题。

　　近期在第六届协同创新电源与磁性元器件产业发展论坛(下称“磁性元器件产业论坛”)上，英搏尔电源CTO高军犀利地指出：过去功率器件制约电源性能，磁性元器件处于从属地位;如今功率器件进步显著，磁性元器件反而成为显性瓶颈。

　　随着新能源车800V高压平台普及与AI算力需求激增，功率器件成本下降、频率提升后，电源的体积、效率与成本，正取决于长期被视为“被动零部件”的磁性元器件。

　　本期《对话》我们摘录了磁性元器件产业论坛上数位专家的核心观点，试图回答那个最尖锐的问题：磁性元器件如何与电源协同共生，创新共赢?

　　一、同生之本 · 磁性元器件行业技术耦合与共性挑战

　　Q：AI算力供电高频化趋势下，磁性材料面临哪些损耗、高频与寄生效应挑战?纳米晶等技术有何突破?

　　中国电源学会常务理事、磁技术专委会名誉主任委员、福州大学 陈为教授

　　磁性元器件产业论坛福州大学陈为教授：从应用角度来谈。AI数据中心电源架构可分为三大部分。

　　第一部分是固态变压器(SST)：核心是中频中压磁性元器件变压器，最主要面临绝缘高压和散热挑战，需要从电磁场设计延伸到高压绝缘电场分析。

　　第二部分是电压变换：从800伏到48伏、12伏的电压变换，主要挑战在于实现超高电压变比。

　　第三部分是最终供电：从12伏或48伏到1伏乃至0.8伏的最终供电，这一环节材料挑战最为突出，磁性材料的性能很关键，同时还涉及与半导体、芯片工艺配合的工艺问题，目前趋势是半导体企业在主导将磁性元器件集成进去。

　　从材料角度看，磁性材料分为铁氧体、磁粉芯和纳米晶/非晶三大类。

　　铁氧体向宽温、高频、低损耗发展;

　　磁粉芯在配方、粒径、包覆工艺上持续优化;

　　纳米晶材料本身变化不大，但通过减薄材料厚度显著降低涡流损耗，同时发展低磁导率品种。

　　一个明显趋势是，在磁性元器件行业这三种材料在损耗特性等性能上正在相互交叠，不再像过去那样“低频是非晶/纳米晶、高频是铁氧体、高饱和是粉芯”划分得那么极端。这对磁性元器件行业企业如何选择合适磁芯提出了新课题。

　　Q：高频化、小型化、高功率密度带来的量产工艺瓶颈是什么?磁性元器件行业如何从被动配套转向与电源架构同步设计?

　　深圳可立克科技股份有限公司研发中心总监 曾海峰

　　磁性元器件产业论坛可立克研发总监曾海峰：在定制化大功率器件领域，高频化、小型化与高功率密度已成为必然趋势。磁性元器件行业核心挑战可概括为“四高”：高频、高压、高温和高功率。

　　热管理与绝缘防护的平衡成最大难题：电压等级持续提升，车载平台已突破800V，充电桩达到上千伏，部分应用场景甚至提出1200V至1500V的需求。高功率叠加小型化引发显著温升，高温进一步加速绝缘材料老化。除此之外。在行业内，为追求小型化或低成本而采用复杂工艺，往往埋下品质隐患。

　　破解之道在于多方协同开发：在早期阶段投入充分研发资源与时间，联合客户、材料供应商、设备厂商及制程厂商，从结构设计和工艺优化入手，借助电磁仿真、热仿真等工具，将产品做细做精。

　　同时生产环节中，包绕与敲击整形等操作由于缺乏更合理的结构设计，也成为主要工艺难点。

　　因此，必须加大研发投入，磁性元器件行业企业与电源厂商前期协同作战、更早介入，否则难以完成充分验证与可靠性测试。上下游协同及早期介入具有关键意义。

　　乳源东阳光磁性材料有限公司副总经理/总工程师 张凯

　　磁性元器件产业论坛东阳光副总经理张凯：从研发和量产角度看，磁性元器件最重要的是高性能和高可靠性。

　　高性能方面：磁性元器件应用场景要求从零下40度到160度高温，频率从100K拉到300K、400K甚至更宽的宽频范围，都要保持持续的低损耗，这需要材料配方与烧结工艺的整体匹配。

　　高可靠性方面：随终端设计冗余缩小，磁材损耗及机械强度的一致性尤为关键。通过特殊烧结工艺与材料本体研发配合，可降低磁损波动，力争将行业通行的±15%损耗偏差控制在15%以内，并对裸芯进行高低温等可靠性验证。

　　另外，我赞同曾总的观点，应该更早介入终端研发阶段。磁性元器件行业企业和终端的选型更关注材料保证，但从生产制造工艺角度，更需要保证交付成本、品质和稳定性。在结构上、生产工艺上与客户终端多做联动，才能减少量产阶段出现的问题。

　　深圳古瑞瓦特新能源有限公司产品线总监 王文

　　磁性元器件产业论坛古瑞瓦特产品总监王文：高频化必然导向定制化，磁性元器件行业由此与成本及规模化形成矛盾。

　　化解之道在于：磁性元器件行业企业内部先形成部分定制件并平台化，再将平台推广至供应链端，与电源、磁芯厂商共同构建某一系统领域内具有竞争力的规模化，从而兼顾一致性、成本与交期。

　　协同开发方面，过去通常是电源端提出粗略要求由磁性元器件行业企业通过供应链设计。在竞争加剧背景下，电源工程师、磁性元器件工程师、磁芯及电感厂商需在量产前对接，使产品早期即具备竞争力和可复制性，避免因定制化导致后期成本与交付压力。

　　磁性元器件端要从被动适应转向主动适应，为电子行业做进一步贡献。

　　Q：服务器电源与光伏逆变器在追求极致效率和高功率密度时，磁性元器件行业EMI方向有哪些出发点?

　　台达电子上海研发中心高级工程师/经理 杨海军

　　磁性元器件产业论坛台达上海研发中心高级工程师/经理杨海军：在台达，我们思考的出发点往往是散热方式——散热方式决定了是“铜包铁”还是“铁包铜”，进而决定了漆包线架构。

　　当芯片元件架构和散热方式确定后，电源板上热分布与风道与其它元件是耦合关系，磁性元器件设计除考虑自身效率与损耗外，还需兼顾风道布设，以及与EMI放电源和其它磁性元器件元件的解耦。

　　二、多点开花 · 车载、AI与光储磁性元器件与电源协同研发

　　Q：围绕车载OBC、DCDC、多合一及800伏碳化硅高频趋势，磁性元器件如何直接决定电源的体积、效率和成本?

　　珠海英搏尔电气股份有限公司电源产品CTO 高军

　　磁性元器件产业论坛英搏尔电源产品CTO高军：车载电源绕不开三大要素——体积、效率、成本。很多年以来，磁性元器件在这三方面是躲在功率器件后面的。

　　因为功率器件没有突破，不能做高频，效率上不去，磁元件的瓶颈也体现不出来。多年来磁元件在100K左右已经很成熟，功率器件也卡在100K，大家相安无事。但这两年第三代半导体碳化硅和氮化镓让功率器件突飞猛进，磁性元件就开始“拖后腿”了。

　　体积方面：核心就卡在磁性元器件上，只有频率高频化才能减小磁性元器件体积。

　　效率方面：第三代半导体已使功率器件损耗大幅下降，磁性元器件损耗在总损耗中的占比就凸现出来了。

　　成本方面：磁性元器件行业现在卷得碳化硅、氮化镓比原来的硅还便宜，功率器件成本反而下降了，磁性元件的成本占比就被推到前面。

　　功率器件可以高频化了，磁性元器件下一步就必须做到高频化，频率跑到200K、300K甚至四五百K。

　　频率倍增时，受限于材料损耗特性，磁芯体积难以等比缩小——为维持效率与散热，匝数不能减半，磁通摆幅亦无法加倍。若材料能够在倍增频率下保持磁通摆幅与损耗不变，变压器体积才可能减半。

　　电源与磁性元器件行业下一步发展，有赖于磁芯与线圈材料厂商大幅降低损耗。

　　Q：车规级可靠性、温升、安规要求苛刻，电源与磁性元器件行业在EMI电感、储能电感及变压器设计上容易出现哪些矛盾?如何建立更高效的开发模式?

　　深圳欣锐科技股份有限公司研发中心总监 张辉

　　磁性元器件产业论坛欣锐科技研发中心总监张辉：中国新能源车从2014年起步，到2026年渗透率已超过50%，发展很快。车载电源与磁元件之间的主要矛盾集中于四项：

　　小型化方面：磁性元器件约占电源一半体积，需适配众多车型;

　　高压化方面：电压由400V向800V乃至1000V靠拢，绝缘设计挑战加大;

　　散热方面：车载电源多采用水冷，磁件作为发热焦点，需在简化工艺下高效散热;

　　可靠性方面：车规要求严苛，车载产品面向消费者，可靠性要求很高。

　　在开发模式上，要同步推进电源和磁性元器件行业企业协同开发。

　　参数方面：在设计初期就尽量给磁性元器件行业企业设计提供具体参数，除了频率、电压、功率，还要有工作电流波形等，尽量减少反复。

　　EMI方面：目前很多是靠后期调试，缺乏精确的仿真计算工具，如果能做到仿真精确化，就能减少反复实现同步。

　　材料方面：电源无论朝高压、高频、高温哪个方向发展，磁件都是电、热的核心部件，需要磁性元器件行业企业与电源厂家一起考虑材料怎么进步。

　　Q：光储系统长期户外运行，磁性元器件稳定性、损耗漂移及饱和特征对系统可靠性影响多大?希望供应商如何介入方案设计?

　　麦田能源股份有限公司研发中心总监 邓志江

　　磁性元器件产业论坛麦田能源研发中心总监邓志江：目前户用光储以非隔离方案为主。系统中主要有光伏MPPT Boost升压电感、逆变电感和接电池的DCDC Boost电感。以前用IGBT频率较低，现在碳化硅正陆续替代。

　　稳定性方面：有一种新趋势值得关注。以往中午光伏发电最大功率时给电池充电、给电网馈电，最大功率不会同时发生，温度过高时还可以降功率运行。

　　但新的电网调度需求引发极端工况：中午高温时段满功率充电，之后立即空载，每天多达四次满载循环，温度从空载到满载反复冲击，对磁性元器件行业企业产品损耗稳定性要求极高。损耗若发生漂移，降额设计所依据的散热器温度与磁件内部最高温度对应关系将失去准确性，绝缘失效或烧毁风险剧增。

　　饱和特性方面：储能逆变器离网过载能力要求达到2~3倍，甚至更高峰值，磁件抗饱和能力不足则易引起炸机。

　　在与磁性元器件行业企业的配合上，我们对前期深度介入“又爱又恨”——介入太深会与单一供应商绑定过紧，不利于后续引入二供;介入太浅，后期就难以考虑不同供应商的实际工艺。

　　理想模式是在硬件参数基本冻结后，由各供应商根据自身工艺调整。此外，磁性元器件行业企业的出线方式、与PCB连接方式及灌封胶均影响可靠性;电感对机壳间存在较高交流电压，热设计与绝缘之间难以平衡，是重要改善方向。

　　Q：AI服务器电源在高功率密度、噪音、极致效率、高频LLC、图腾柱PFC等方面，有哪些独特的技术门槛?电源与磁性元器件行业企业如何实现灵活定义、联合仿真和实验验证?

　　磁性元器件产业论坛台达电子上海研发中心高级工程师/经理 杨海军：

　　AI服务器，拆开看是“AI”加“服务器”。

　　AI的特性是在思考、搜索时非常耗电，可能需要200%、160%的短时负载，但在不思考时又极为安静，可能只有10%甚至更低的负载，用“静如处子，动如脱兔”形容很贴切。

　　而服务器，它又要满足基本的效率要求，如半载达94%、96%甚至98%以上，全载散热要能解决，同时还要有20%、10%等轻载需求。

　　这给电源与磁性元器件行业企业带来的是双向交互。

　　一方面，电源厂商需要向磁性元器件行业企业明确提出各种工况要求。例如200%负载可能持续0.5微秒，160%持续50微秒或50毫秒，10%负载不断交替变化。不同AI厂商功能不同，具体要求也有差异。动态负载下损耗远高于100%载时的损耗，可能达到130%甚至150%，元件设计不能只看标称功率，可能要按1.3倍的常规设计来做。

　　另一方面，在这种高跳变下。电流可能冲到3、4倍，磁元件要能扛得住、能存活，这与磁元件设计和材料供应商的能力都直接相关。如果采用类似LLC电路，频率会持续下跌，需要磁元件在宽工作范围内都能保持低损耗，还要能承受高跳变。

　　如何在此类高动态条件下保障方案存活，是磁性元器件行业企业与电源厂商需深入协同的课题。

　　结语：磁性元器件与电源协同共生

　　“有电就有磁，这是我们的信心，但做磁的也要争气。”

　　陈为教授在论坛结尾的这句大白话赢得了全场的认同，也是整场论坛最好的注脚。

　　随着AI和新能源的洪流滚滚向前，磁性元件已经不再是一个被动的配角。工艺一致性、材料损耗、可靠性标准、仿真能力、协同模式——这五个关键词，勾勒出了当下磁元件必须跨越的山丘。

　　对于仅执着于价格竞争的磁性元器件行业企业，这是个压力空前的时代;对于深耕协同开发与底层材料创新的企业，2026年或许是“磁力全开”的黄金起点。

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