變壓器、電感器的技術(shù)方向簡單來說就是實(shí)現(xiàn)低損耗和高轉(zhuǎn)化效率。在滿足電性能的前提下，降低損耗成為變壓器、電感器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為此，需要對(duì)變壓器、電感器的損耗進(jìn)行詳細(xì)分解，并從材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)兩大方面降低變壓器、電感器的損耗。

電感器

01 變壓器、電感器損耗特性分解

變壓器、電感器損耗特性可以分解為磁損和銅損兩大類。

其中磁損分為磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗受磁芯材料及體積的影響，磁滯損耗發(fā)生在磁化過程中，是由于磁疇的不可逆移動(dòng)導(dǎo)致的。使用具有較低磁滯特性的磁芯材料或調(diào)整磁芯體積可以減少這種損耗。

渦流損耗受變壓器、電感器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和磁芯材料及體積的影響。渦流損耗是由于磁芯內(nèi)部感應(yīng)電流（渦流）流動(dòng)產(chǎn)生的。優(yōu)化變壓器、電感結(jié)構(gòu)和使用高電阻率的磁芯材料可以減少渦流損耗。

而銅損分為交流損耗和直流損耗。交流損耗受溫度、導(dǎo)熱系數(shù)和散熱結(jié)構(gòu)的影響。交流損耗主要發(fā)生在繞組中，是由于電流的交流性質(zhì)導(dǎo)致的。溫度的升高會(huì)增加交流損耗，因此提高導(dǎo)熱系數(shù)和優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)對(duì)于減少交流損耗至關(guān)重要。

直流損耗受繞組材料及體積的影響。直流損耗是由于電流通過繞組時(shí)產(chǎn)生的電阻損耗。使用電阻率更低的繞組材料或調(diào)整繞組體積可以減少直流損耗。

因此，基于磁性損耗的特性，其優(yōu)化思路分為材料技術(shù)和變壓器結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)的優(yōu)化。材料技術(shù)分為低損耗磁性材料、低損耗繞組材料以及高導(dǎo)熱系數(shù)材料的開發(fā)和應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)工藝技術(shù)分為集成技術(shù)和注塑一體技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)電感變壓器性能的優(yōu)化。目前，一體成型電感能夠快速替代傳統(tǒng)NR系列電感產(chǎn)品，正是主要得益于工藝上的突破。

一體成型功率電感 來源：順絡(luò)電子

02 應(yīng)對(duì)策略

基于變壓器、電感器的損耗特性，變壓器、電感器的創(chuàng)新思路是通過應(yīng)用新材料和新工藝，實(shí)現(xiàn)變壓器、電感器的高可靠性、高效率和智能化生產(chǎn)。

機(jī)理分析及改善

以LLC變壓器為例，傳統(tǒng)的變壓器結(jié)構(gòu)存在損耗大、散熱差、效率低等問題，變壓器零件多、工藝復(fù)雜、安裝精度差，導(dǎo)致變壓器在市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭力。通過機(jī)理分析和仿真模擬，可以發(fā)現(xiàn)主要變壓器的發(fā)熱點(diǎn)集中在磁芯氣隙和次級(jí)銅片。

a）氣隙渦流損耗

傳統(tǒng)變壓器結(jié)構(gòu)中，由于氣隙處漏磁通切割線圈及磁芯，導(dǎo)致渦流損耗增加。同時(shí)，磁芯中柱是熱量集中的地方，而氣隙的存在切斷了磁芯中柱的導(dǎo)熱路徑，從而影響了變壓器熱量的散發(fā)。

而一體磁芯結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于這種結(jié)構(gòu)沒有氣隙，因此可以有效降低由氣隙造成的渦流損耗。此外，一體結(jié)構(gòu)提供了更優(yōu)的導(dǎo)熱路徑，有助于提高熱量的傳導(dǎo)效率，從而改善整體的散熱性能。通過這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以顯著提升磁芯的工作效率和熱管理能力。

b）次級(jí)繞組

在次級(jí)繞組中，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)低，繞組和磁芯之間被空氣隔絕，導(dǎo)致熱量無法有效散出。改進(jìn)方案是采用繞組及磁芯注塑結(jié)構(gòu)，通過使用高導(dǎo)熱絕緣材料，可以保證絕緣性能的同時(shí)提高變壓器導(dǎo)熱特性。這種材料的應(yīng)用使得電感器、變壓器熱量能夠更有效地從繞組和磁芯中散發(fā)出去，從而解決了電感器、變壓器熱量無法散出的問題。

優(yōu)化方向

a)新材料

在新材料方面，通過優(yōu)化材料的粒徑和絕緣包覆強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)更高的有效磁導(dǎo)率和更低的損耗。

如順絡(luò)電子的磁芯材料的粒徑在300到500目之間，絕緣包覆厚度不超過20納米。這些特性能夠確保磁芯材料具有高有效磁導(dǎo)率，達(dá)到至少60ui，同時(shí)保持低損耗，即在100KHz和100mT條件下?lián)p耗不超過310mW/cm3。

絕緣導(dǎo)熱材料采用了新三相復(fù)合雙逾滲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)為7.69 W/(m·K)。根據(jù)能量傳遞公式，E=KS(T1-T0)*t/L，說明了在導(dǎo)熱面積S和長度L不變的情況下，為了維持能量穩(wěn)定，當(dāng)溫差(T1-T0)減半時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)K需要翻倍。這強(qiáng)調(diào)了在設(shè)計(jì)中選擇高導(dǎo)熱系數(shù)材料的重要性，以提高熱管理效率。

b）新工藝

在線圈絕緣注塑工藝中，注塑厚度控制在0.32mm以內(nèi)，并且采用低溫注塑技術(shù)，溫度不超過165℃。這種工藝能夠確保線圈的絕緣特性達(dá)到6000V以上，同時(shí)綜合導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到4W/(m·K)，這有助于提高變壓器、電感器的熱管理性能。

磁芯一體注塑工藝則采用微壓低溫（不超過150℃）一體成型技術(shù)，這種技術(shù)可以制造出具有更大繞線窗口的磁芯，從而增加次級(jí)繞組的空間約10%，且無需額外的裝配間隙和安規(guī)空間。這不僅提高了變壓器、電感器空間利用率，還簡化了組裝工藝，使得變壓器、電感器自動(dòng)化生產(chǎn)成為可能。

新工藝方面，線圈絕緣注塑和磁芯一體注塑技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速實(shí)現(xiàn)變壓器、電感器體積的小型化，并在量產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)變壓器、電感器標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。

結(jié)語

從終端應(yīng)用上看，以光儲(chǔ)充、新能源汽車、AI服務(wù)器、云計(jì)算等為代表的領(lǐng)域正在延續(xù)大功率發(fā)展的態(tài)勢(shì)。而大功率發(fā)展趨勢(shì)又對(duì)變壓器、電感器提出低損耗、小型化、集成化需求，這就需要變壓器、電感器產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)需要從材料、工藝兩方面革新，并且在整個(gè)變壓器、電感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，更多地運(yùn)用仿真優(yōu)化技術(shù)，以提升變壓器、電感器性能。

本文為嗶哥嗶特資訊原創(chuàng)文章，未經(jīng)允許和授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載，

審核編輯 黃宇