当服务器、新能源汽车不断突破功率密度极限，磁集成技术正通过融合变压器与电感的物理边界，实现体积与成本的双重压缩，成为高能效电源设计的胜负手。但磁集成在实践过程中，材料兼容性、热管理、测量精度等却成了新的技术高墙。本期《对话》汇聚6位顶尖专家，直面磁集成对磁性材料、线材的核心需求，用实践锚定路径——这场关于空间与能量的博弈，正在重塑电源产业的竞争规则。

问题导览：

1.磁集成对磁性材料、线材提出了哪些要求？

2.磁性材料、线材对磁集成设计有哪些约束？

3.国内磁性材料性能是否能够满足磁集成使用要求？

1.在开发高功率密度电源（如服务器电源、车载充电机）时，磁集成技术能带来哪些性能提升？对磁性材料/线材而言，当前最迫切希望突破的瓶颈是什么？

陈为教授：磁集成的核心优势在于其拓扑适配性：磁集成在特定电路拓扑中展现显著价值，尤其适用于LLC、DAB等谐振拓扑：

可替代独立谐振电感：磁集成直接利用变压器漏感作为谐振电感，精简电路结构（传统BUCK等拓扑需独立变压器与电感）。

核心挑战：功能复合化。磁集成将能量传递（变压器）与能量存储（电感）功能融合于单一磁件，导致：

功能复杂化：磁集成单一元件需同时承担多物理过程；

分析方法失效：传统磁路计算因以下原因不再适用：

磁集成产品漏感磁通分布于空气中（非磁芯内部），需通过电磁场仿真精确分析空间磁场分布。

此外，测量问题是磁集成技术落地的关键路障：目前研发人员被迫沿用失真方法，导致设计验证偏差；同时，磁芯损耗与绕组损耗的混叠阻碍了磁集成产品热优化与效率提升。这需要设备商、学术界与产业界协同攻克参数解耦与高精度传感技术。

磁集成设计的三大关键维度

一是结构创新设计。磁路组合策略：磁集成采用解耦柱、多磁芯拼接等方式，设计人员需基于电磁理论选择正耦合/反耦合磁集成结构。

材料组合挑战：磁集成后铁氧体（变压器）与金属粉芯（电感）共存引发兼容性问题；磁性材料排布决定磁集成磁场分布（如粉芯在左右/上下侧，磁场模式截然不同）。

二是分布参数主动控制。漏感设计为磁集成核心目标：通过磁集成绕组结构调整（如增加空气路径），刻意构建磁集成所需漏感；

绕组工艺复杂性：磁芯组合方式直接决定磁集成绕组结构；软线绕制尚可应对，扁线立绕因形状畸变导致磁集成绕线难度剧增。

三是热管理瓶颈。磁集成产品散热能力下降：独立器件具备更大有效散热面积；磁集成后热量积聚风险显著增加。

磁集成设计成败关键：温升超标是当前磁集成方案主要失效原因（大量案例因散热失败）；必须通过热设计优化控制磁集成产品温升，否则磁集成方案失去实用价值。

阳光电源蔡国庆：磁集成技术主要带来三方面优势：

        一是显著降低成本（业界最关注点）： 磁集成通过减少磁性元件数量，直接节省了磁性材料、线材成本和工艺成本，效果最为可观。

 二是有效降低损耗（部分方案）： 例如变压器与电感的磁集成方案，磁集成产品整体损耗可能低于分立器件的总和，从而提升系统效率。

 三是提升生产效率与系统可靠性： 磁性元件通常难以实现全自动化贴片生产。磁集成通过减少其数量可缩短人工操作环节（如传统变压器所需的焊接工序），降低工时。同时，元件数量的减少也有助于提高整个系统的可靠性。

随着隔离型拓扑中软开关技术的普及，开关器件的损耗占比已显著降低，主要为高频通断损耗。因此，磁性元件的损耗占比相对提升。以往通常在20%-30%之间，如今可能达到30%-40%甚至更高。

磁集成对损耗的降低幅度取决于应用场景：

小漏感场景（效果显著）： 例如在充电桩磁集成应用中，成功的小漏感磁集成方案可完全消除一个分立电感的损耗，铜损降低约20%，效率提升明显。

大电感值场景（效果受限）： 如车载OBC磁集成需要30-40μH的大感值电感时，磁集成大幅降低损耗的难度显著增加。实践中，将磁集成后的总损耗做到与分立器件总和持平已属不易，还需兼顾兼容性与散热设计。最终损耗降低幅度呈浮动状态，很大程度上取决于企业的具体设计能力。

小结：综上所述，磁集成虽能带来显著性能提升，但磁集成设计受到磁性材料高频特性、非线性、热膨胀以及线材高频损耗、绝缘、尺寸等多重因素制约。

磁集成产品

2.在设计磁集成元件（如平面变压器、集成电感-变压器模组）时，磁性材料的高频损耗、磁导率非线性、热膨胀系数对结构设计有哪些限制？线材对磁集成元件又有何影响？

田村聂应发：高频损耗：  高频下磁芯损耗（磁滞+涡流）显著增加，需选择低损耗材料（对变压器如宽温低损耗铁氧体及纳米晶、对高频电感气雾化金属粉芯）。磁集成结构上需减小磁路长度，及增加截面积或采用分段式设计以降低涡流效应。  

磁导率非线性：B-H曲线的非线性导致电感量随电流变化，可能引发饱和。需引入气隙或梯度磁路设计，或采用多段绕组补偿非线性。  

热膨胀系数： 磁芯与线圈的热膨胀差异易导致机械应力开裂。不同材料的热膨胀系数不同，在温度变化时可能导致磁集成元件内部产生应力。这就要求磁集成在结构设计时考虑材料的匹配，避免因热膨胀系数差异过大而损坏元件，如在封装材料和磁芯材料的选择上要综合考虑热性能。磁集成结构设计上需要考虑对工作磁场范围进行限制，或者采用补偿电路来应对这种变化。

线材影响： 绕线的趋肤效应和邻近效应在高频下显著增加铜损。解决方案包括使用扁平铜带、多股细线绞合（Litz线），或采用导电胶粘接减少接触电阻。此外，线材的绝缘性能也至关重要，若绝缘不佳，可能会导致短路等问题，影响元件的可靠性。

铭普光磁李礼鹏：高频损耗对结构没有明显的限制，在高频损耗控制方面，我们通过磁路拓扑优化结合磁性材料特性曲线建模，将磁集成产品损耗降低。针对磁导率非线性难题，铭普首创的应力缓冲层结构设计，通过有限元仿真验证可降低磁集成热应力畸变，该技术已应用于我们为新能源汽车开发的DC-DC模块磁集成产品。对于线材选型，不同的磁集成产品可能会关联不同的电气网络，需要重视绝缘、安规要求。

德珑磁电李新功：磁性材料的高频损耗，主要表现在涡流损耗，磁滞损耗和剩余损耗，在低频情况下，比如说MHz以下，剩余损耗其实是可以忽略不计的，主要是涡流损耗和磁滞损耗；对于高频损耗，一般会采用宽温低损的磁芯材料，在磁集成结构上，往往会采用中柱分段气隙来减少磁芯的涡流损耗；

对于磁导率非线性问题，因高磁场强度下磁导率下降（饱和效应），导致电感量或变压器耦合系数变化。故会采用预留气隙以延缓饱和，但需权衡磁导率降低。采用分布式气隙或复合磁材（如金属粉芯）等方法设计磁集成产品。

关于热膨胀系数对于结构的限制，往往表现在磁性材料与PCB或骨架磁芯与胶水等，线材的CTE不匹配会导致热循环后机械应力下降（如开裂、脱层）等方面。为改善这类问题，采用选择CTE匹配的材料，对于磁芯，同时要考虑高温应用时居里温度的限制。

线材对于磁元件的影响，主要有以下几点：

因高频趋肤效应与邻近效应的存在，高频下电流集中于导体表层，增加交流电阻，因此会优化绕组布局（如交错绕制）降低邻近效应。

因磁集成技术的使用，使得电源模块的功率密度提高，磁集成产品体积更加紧凑，因此，对于线材的尺寸要求更为突出，需求的线材尺寸更小，更能适应紧凑的空间，同时，因磁集成会带来热量集中问题，线材的耐热性需要提升，又因集肤效应的存在，不同频率下的电流在导体中分布会有不同，诸如利兹线、膜包线或绞合三层绝缘线，在使用时应依据工作频率和电流，精确选择合适的线径及股数，以保证电流在导体中的均匀分布来减少高频损耗，同时，也可以根据磁集成实际需要，选用不同股数及绞距的线材，来满足磁集成相应的散热要求。另外因磁集成空间的要求，会选用膜包方线或膜包扁线来满足绕组槽满率较高的需求。最后，线材的绝缘特性也至关重要，因磁元件在高温高频状态下集成后的磁心结构复杂，对磁性元件的质量稳定性、一致性以及抗冷热冲击的性能提出了更高要求。 这些苛刻的要求不仅考验着磁性材料行业企业的研发实力，而且对磁性材料的应用范围、生产工艺水平等方面提出了更高的要求，为磁性材料行业企业带来了全新的挑战。

磁集成产品

3.目前国内磁性材料性能是否能够满足使用要求？磁集成系统中，磁性元件（如电感、变压器）的哪些性能指标对整体系统的性能或效率影响最大？是否遇到过因磁材/线材批次稳定性导致的良率波动，或性能不足导致的设计妥协？

陈为教授：从理论角度而言，目前磁性材料性能都能满足使用，国产磁性材料基础性能层面也已具备可行性，能够支撑磁集成器件的功能性实现。

关键瓶颈已非“能否满足”，而是“如何优化”，焦点集中于磁集成产品体积与效率的平衡（如提升功率密度与控制温升）、以及成本与性能的取舍。

磁集成对磁性材料材料性能的需求与分立器件无本质差异。追求磁性材料所有参数（如损耗、饱和强度、成本）同时达到最优是不切实际的。

阳光电源蔡国庆：磁芯方面： 高频应用基本采用铁氧体磁芯，其中锰锌类铁氧体在国内已发展得非常成熟。国内企业在打样效率、异形结构定制及大尺寸磁集成（如我们已实现的40*40*218规格）等方面均具备强大能力，部分大型复杂磁芯的制造能力甚至超越外资企业。因此，国内磁芯完全能满足磁集成各类使用需求。

线材方面： 高频磁性元件主要使用多股利兹线。与国外头部线材企业相比，国内头部企业在部分产品规格上仍存在差距：

主流产品（如市场占比最高的0.01mm*300-500股）： 国内产品完全可用，性能与国外产品无明显差异。

大电流/高规格产品（如0.15mm*1600股及以上）： 在绞线工艺控制（如张力释放）、股间绝缘可靠性及一致性方面，国内企业尚存不足。我们曾发现存在股间短路等问题。因此，在特殊应用场景或前沿技术探索时，我们仍会优先选用国外头部企业的产品。

总体而言， 线材市场的主流需求可由国内企业满足，但高端产品领域仍需追赶。

当前主流漏感磁集成方案，对系统影响较大的有以下四点：

电感值精度（最核心因素）： 漏感等效电感值必须精准控制。因为它直接影响开关管的软开关状态，进而对系统损耗、散热、开关管应力及寿命产生重大影响。

体积限制： 对磁集成组件的体积要求越小，集成难度越高，通常会导致效率下降。整体尺寸对系统设计（尤其是空间布局）的影响至关重要。

电磁干扰 (EMI)： 不同磁集成方案对周围器件的干扰特性各异。例如，漏感过大将导致周边散磁增多，可能干扰邻近的开关器件、驱动电路等，甚至造成功能异常（实践中曾多次出现因磁性元件距离驱动电路过近导致系统失效的问题）。

寄生电容： 寄生电容会在磁集成产品原副边间引发高频谐振。变压器结构固定后，其原副边寄生参数与外部电容（包括开关器件自身的寄生电容）可能形成串联谐振回路，导致波形畸变、异常及额外的损耗（此问题已在实践中遇到）。

至于因磁性材料、线材性能导致的设计妥协案例，则有很多：

高频软磁材料温升问题： 磁集成组件温升过高，往往源于磁性材料本身的损耗性能不足，无法满足高频应用要求。

铁氧体抗饱和能力限制： 铁氧体材料最典型的缺点是其相对较弱的抗饱和能力。我们在漏感集成方案中遇到的电感饱和问题，就与软磁材料的饱和特性直接相关。为避免饱和，设计时需特别关注电感值控制。

利兹线非理想换位效应： 通常假设多股利兹线能实现理想换位（电流均匀分布），但在磁集成实际应用中，超过20股后基本都呈现非理想换位状态。这导致理论计算、仿真结果与实际损耗存在显著偏差（例如：某案例中理论最优为1200股，实测最优却是1600股，存在400股偏差）。这种非理想性迫使磁集成设计人员在方案上妥协。

综合影响： 上述非理想因素使得设计人员必须在磁集成裕量设计上反复权衡：裕量过小可能导致磁集成温升超标；裕量过大则推高磁集成成本。因此，磁集成方案的设计过程往往是在多种约束下寻求折中的过程。

胜美达胡尉灿：目前国内磁性材料、线材基本能够满足使用要求，但有些方案可能需要付出成本代价。不过国内产品迭代速度快，只要产品做出来，很快就能找到降本的办法。

磁集成对磁性材料/线材的核心要求主要有以下方面：

一是散热压力要求磁性材料具备更低的高频损耗，低损耗是优先考虑目标。

二是磁集成导致的微型化与复杂几何形状，对材料加工提出特殊要求：

成型：异形磁芯需高精度模具与烧结工艺控制（如纳米晶低温成型）；

封装：低应力灌封胶避免磁集成产品因热膨胀开裂，激光焊接替代传统粘接；

绕线：复杂磁芯需3D绕线或分段焊接工艺；自动化设备需适应扁线/利兹线的畸变绕制路径。

在磁集成产品实际生产过程中，确实碰到过良率波动的问题，其根源有两方面：

一是技术协议模糊性：定义参数时侧重基础指标（如利兹线线径、股数），未约束关键工艺细节（叠包均匀度、绞合角精度、张力控制范围）；

二是供应链认知偏差：国内厂商优先满足基础参数，忽视工艺一致性对系统级性能（如损耗均衡性、EMI）的影响。

这也导致磁集成产品累积公差放大，单批次内线材直流电阻波动±8%，导致电感量偏差＞10%；

同时量产良率下滑：磁集成后参数耦合效应加剧，使批次间系统效率波动达3-5%。

铭普光磁李礼鹏：确实会有这种情况，但是出现的概率不大，铭普拥有完善的关键指标六西格玛管控。磁集成产品从设计开始，一直到量产过程当中，会经过数次试产、可靠性测试、工艺改善、优化，在磁集成设计方案及工艺都固化之后，才到量产，避免良率波动的问题。

田村聂应发：问题根源：磁性材料烧结工艺波动、线材绝缘层厚度不均。

 磁导率波动±15%导致电感量偏差，需分选材料或设计冗余气隙（如增加5%-10%气隙长度）。  

解决方案：供应商导入SPC（统计过程控制）和DOE（实验设计）优化工艺；来料批次全检（如B-H曲线测试、绝缘耐压测试）； 设计容差补偿（如气隙可调结构）；采用闭环反馈系统实时调整绕线匝数。

德珑磁电李新功：有遇到过因磁芯材料一致性问题导致的磁集成产品电感不良现象。

分析其原因：首先，磁性材料供应商批次均匀性不足，导致磁材的物理特性（如磁导率、电阻率）或化学成分在不同批次间存在差异，直接影响产品一致性；其次，生产控制精度不足，设备老化或工艺参数（如烧结温度、拉丝速度）波动导致加工过程稳定性下降，放大了磁性材料批次差异的影响；最后，管理机制缺失，未建立针对磁性材料波动进行动态调整的补偿机制，导致磁集成产品生产计划与实际需求脱节。

针对以上问题，找到解决办法如下：

技术升级‌：通过高精度检测设备（如光谱仪、磁滞回线仪）强化来料检验，建立磁性材料关键参数数据库，筛选合格供应商‌；

‌生产端控制：实时监控，在磁集成产品关键工序（如绕线、磁芯组装）引入SPC（统计过程控制）系统，通过σ值监控批次稳定性‌。

4.磁集成元件的微型化、复杂几何形状对磁性材料/线材加工性（如成型、封装、应力、绕线）提出了哪些特殊要求？

陈为教授：参数调整的耦合效应。传统电感感量不足时可通过调节气隙独立优化；磁集成产品气隙调整仍可改变基础感值，但会同步影响漏感（二者强耦合），需在磁集成设计中预判补偿。

其本质差异在于参数调控从单变量转向多变量协同优化，大幅增加磁集成设计复杂度。

磁芯制造的可行性。形状不规则化：磁集成结构导致磁芯几何复杂度提升（如多柱拼接、异形开槽），不过国内主流磁性材料厂商已具备较高柔性定制能力，工艺层面（如模具精度、烧结控制）可满足生产需求，非核心瓶颈。

更大的挑战在于设计人员理论能力的跃迁：需要从依赖磁路近似计算转向掌握电磁场边界问题求解；从独立器件设计转向多功能耦合系统优化。亟需通过深化电磁场理论与多参数协同方法，解决气隙-漏感耦合、热-磁干涉等深层问题。

分立磁性元件与磁集成对设计人员能力要求的对比

阳光电源蔡国庆：磁集成技术的发展趋势是磁芯结构日益复杂化。 当前主流方案多基于传统结构改进，而新型拓扑（如多柱式矩阵变压器）则要求磁芯高度定制化。

磁芯制造： 国内供应商已普遍具备满足定制需求的能力，复杂结构可通过粘接工艺实现。因此，磁芯制造本身并非主要瓶颈。

采用粘接工艺制造复杂磁芯结构会导致磁集成成本上升，因为增加了拼装和粘接的工序。 然而，在特定应用场景下（如6.6 kW车载OBC），这是当前磁集成必要的技术选择。

原因在于： 大功率OBC所需的磁芯截面积过大，而磁性材料本身存在类似“趋肤效应”的特性，若使用单块磁芯将引发严重散热问题。因此，现行磁集成方案是将磁芯拆分为多块（例如：从传统的一对磁芯块变为四对），通过粘接组合。

需要说明的是： 这种拼接需求并不仅限于磁集成设计。高功率等级或其他特定技术要求（如散热优化）本身就可能成为磁芯必须分块制造的原因。

绕组设计：

复杂度控制是核心： 必须在磁集成设计源头主动规避过度复杂的绕组结构。这不仅会显著推高成本（通常难以接受），也将磁集成难题不合理地转移给上游。

技术负面影响： 复杂的绕组易导致磁集成产品磁场分布畸变，进而引发额外损耗，损害磁集成效果。

在线材绕制工艺方面，目前可行的优化方案有限。主流做法仍是采用单独绕制，其过程与传统方式并无显著区别。

磁集成绕组的核心差异主要体现在后端组装环节： 与传统连续绕制的单一线圈不同，磁集成产品所需的多个绕组需分别绕制后再进行物理组装。因此，磁集成产品实现组装环节的自动化是提升效率的关键突破口。

值得借鉴的案例： 此前在可立克参观时，观察到其采用连续绕制工艺一次性成型两个独立线圈（构成不同绕组）。此方案有效规避了磁集成后续组装痛点，是值得推广的优化方向。

铭普光磁李礼鹏：微型化磁集成产品的制造难点主要体现在公差管控上。例如，磁芯烧结过程中的变形会显著影响多方向磁集成产品的公差；磁集成绕组成型产生的回弹应力也会直接影响最终的装配精度。

田村聂应发：成型：软磁复合材料（SMC）适合复杂形状注塑成型，但需优化颗粒取向；纳米晶需低温烧结工艺；  

封装：低收缩率、低应力的灌封胶（如硅胶）避免机械损伤；采用激光焊接或胶粘剂封装减少磁集成产品机械应力，设计冗余气隙缓解磁集成产品热膨胀 。

绕线：微型化需自动化精密绕线设备（如飞线机），复杂形状需3D打印绕组或PCB嵌入式线圈；异形磁芯可采用分段绕制或激光焊接连接 。

应力控制：磁芯加工后需退火处理以消除残余应力。

德珑磁电李新功：磁集成元件微型化、复杂几何形状对磁性材料、线材加工提出了高精度、低损耗、高稳定性等要求。如微型磁芯加工需高精度，且需特殊涂层以增强抗腐蚀性和耐用性。磁集成元件微型化后，其复杂几何形状不仅要求材料具备优异的加工性能，还需在成型过程中保持高精度，以确保磁集成元件的功能和性能稳定。

封装时，需考虑材料的‌热膨胀系数‌，以避免应力集中导致的磁集成元件损坏。绕线工艺方面，复杂形状可能要求采用‌特殊的绕线设备和技术‌，以保证线圈的均匀分布和紧密贴合。此外，微型化还意味着对材料的‌机械强度和耐久性‌有更高要求，以适应磁集成更苛刻的工作环境。

小结：磁集成元件的微型化和复杂几何形状，进一步放大了前文所述的结构设计、热管理和材料/线材加工方面的挑战，对磁集成加工工艺提出了特殊要求。

部分磁集成相关供应商汇总

结语

磁集成绝非简单的元件堆叠，而是一场 “材料-结构-电磁-热” 的四重奏。当磁集成产品损耗在系统总体损耗占比不断提高之际，唯有 打通“基材特性-工艺控制-系统验证” 的数据链（如SPC+仿真校准），才能让磁集成从“可用的折中”走向“最优的必然”。这场静默的元件革命，终将重塑电力电子的价值分配——其核心不在磁集成本身，而在集成之上的协同智慧。