2024年10月，業(yè)界首個磁集成技術(shù)專場會議——2024磁集成技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用研討會在深圳國際會展中心（寶安新館）圓滿落幕，東莞銘普光磁股份有限公司（下稱“銘普光磁”）研發(fā)總監(jiān)李禮鵬現(xiàn)身研討會現(xiàn)場，并奉上了《新能源汽車領(lǐng)域的磁集成解決方案》的精彩主題演講。
東莞銘普光磁股份有限公司李禮鵬
本文將帶大家深度回顧李禮鵬演講的精彩內(nèi)容。
01.磁集成原理、目的及其優(yōu)勢
磁集成技術(shù)是將兩個或多個分立磁性元件（如電感、變壓器等）繞制在一副磁芯上，通過合理設(shè)計磁芯結(jié)構(gòu)和繞組布局，實(shí)現(xiàn)多個磁件的集成，從結(jié)構(gòu)上集中在一起，以減小磁性元件的體積、重量，以及減少出腳數(shù)量，并改善電源性能。
從集成方式分看，分為物理集成和磁路集成，前者為多器件拼接在一個底座或外殼上，而后者是將多器件共用一副磁芯，集成難度更高，對磁集成產(chǎn)品設(shè)計能力要求也更高。
磁集成技術(shù)經(jīng)過近多年的發(fā)展和演變，盡管已經(jīng)取得了一定的成果和突破，但在理論研究、技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化方面，仍有很大的發(fā)展空間；未來磁集成技術(shù)有望在更廣泛的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮更大的作用，包括但不限于新能源汽車、充電樁，光儲逆變器，大功率電源等關(guān)鍵領(lǐng)域。
磁集成的目的主要體現(xiàn)在以下五個方面：
1.縮小磁元件的尺寸；
2.降低磁元件的損耗；
3.減少磁元件的數(shù)量；
4.降低磁元件的成本；
5.提高電源的效率。
而磁集成的優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
一是減小系統(tǒng)體積與重量。集成化設(shè)計可讓磁集成技術(shù)將多個磁性元件集成到一個模塊中，顯著減少了系統(tǒng)的總體積和重量；采用高性能磁性材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)一步減小了磁性元件的體積和重量；通過合理的布局設(shè)計，充分利用空間，進(jìn)一步減小系統(tǒng)的整體尺寸。
二是增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性與安全性。主要體現(xiàn)在兩個點(diǎn)，其一是磁集成解決方案減少了磁性元件之間的連接點(diǎn)，從而降低了故障發(fā)生的概率；其二是采用高強(qiáng)度和高可靠性的材料制造磁性元件，提高了系統(tǒng)的整體可靠性。
三是降低制造成本與維護(hù)費(fèi)用。磁集成技術(shù)減少了磁性元件數(shù)量、引腳、連接點(diǎn)等，可簡化生產(chǎn)工藝流程；通過優(yōu)化設(shè)計和制造工藝，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)良率；磁集成解決方案的模塊化設(shè)計使得維護(hù)更加便捷，降低了維護(hù)費(fèi)用和時間成本�？傮w而言，可大大降低磁性元件企業(yè)的制造成本。
02.新能源汽車磁集成發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，磁集成技術(shù)在車載充電機(jī)（OBC）、直流充電樁（DCDC）廣泛應(yīng)用，有效減少了磁器件的體積，極大的提高了功率密度，是目前磁集成技術(shù)應(yīng)用最成熟的領(lǐng)域。
在新能源汽車的車載充電機(jī)中，磁集成技術(shù)被廣泛應(yīng)用于PFC電路和LLC諧振電路中，以減小體積、降低重量并提高效率。通過集成PFC電感和諧振電感等磁性元件，實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)的小型化和高效化。
直流變換器（DCDC）也廣泛采用了磁集成技術(shù)。通過將變壓器與電感集成在一起，減少了磁性元件的數(shù)量和體積，從而提高了功率密度和可靠性。同時，磁集成技術(shù)還有助于降低DCDC變換器的損耗和溫升，提高其工作效率和穩(wěn)定性。
此外，充電樁模塊電源也廣泛采用磁集成技術(shù)，目前應(yīng)用最多的就是LLC電路中把主變壓器和諧振電感集成在一起，磁性元件產(chǎn)品體積小了，集成后生產(chǎn)效率更高，PCB布局也更加靈活。
未來，隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益重視，新能源汽車市場將迎來持續(xù)增長，磁集成解決方案作為提升新能源汽車性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)，其市場需求也將隨之增加。
在新能源汽車市場中，高性能、高效率的產(chǎn)品將更受消費(fèi)者歡迎。不同車型、不同應(yīng)用場景對磁集成解決方案的需求也將更加多樣化。
因此，磁集成解決方案需要不斷提升產(chǎn)品性能，提供更加定制化的產(chǎn)品和服務(wù)，以滿足市場對高性能產(chǎn)品、客制化服務(wù)的需求。
03.銘普光磁部分磁集成案例
銘普在磁集成技術(shù)領(lǐng)域深耕多年，與多個應(yīng)用領(lǐng)域頭部企業(yè)長期深入合作，提供磁集成磁性元件解決方案，在車載OBC及汽車充電樁變壓器電感磁集成技術(shù)廣泛應(yīng)用。
3.3kW車載OBC應(yīng)用CLLC電路(5合1)
3.3kw車載OBC主變壓器、諧振電感5合1磁集成產(chǎn)品
這款產(chǎn)品采用5合1磁集成，集成了主變壓器、2顆諧振電感以及PFC和DCDC電路中的磁性元件，尺寸僅為 178*44*46mm，有效地減少了磁性元件數(shù)量和體積，降低了加工成本，對電源企業(yè)而言安裝也更方便。
6.6kW車載OBC應(yīng)用CLLC電路（3合1）
6.6kW車載OBC主變壓器+諧振電感三合一磁集成產(chǎn)品
這是一款主變壓器+諧振電感3合1磁集成，尺寸為112*51*49mm，采用連繞方式，兩端各只有兩個引腳（集成前8個引腳），制造工藝實(shí)現(xiàn)上更簡單，安裝更也更便捷。
22kW車載OBC三相磁集成變壓器
22kw車載OBC三相磁集成變壓器
這款產(chǎn)品為22kw車載OBC三相變壓器磁集成方案，產(chǎn)品尺寸為88.4*193.5*59.6mm。李禮鵬透露，目前銘普光磁也正在探索在每一路實(shí)現(xiàn)主變壓器+諧振電感磁集成后，再進(jìn)行三合一磁集成，實(shí)現(xiàn)6個磁性元件的一體化高度集成方案。
充電樁LLC電路主變壓器三合一集成方案
這是一款應(yīng)用于充電樁LLC電路的三相主變壓器三合一磁集成方案，三顆變壓器共用了一個磁芯底座，節(jié)省了兩塊磁芯，產(chǎn)品尺寸為104*66*51mm。李禮鵬提到，“這里有個需要注意的地方，因?yàn)殡娏飨辔徊畹膯栴}，中間線圈跟兩邊線圈繞線方向是不一樣的，否則共用的磁芯發(fā)熱就會非常厲害�！�
04.磁集成面臨的制造工藝挑戰(zhàn)
磁集成解決方案涉及復(fù)雜的制造工藝，如繞線、焊接、裝配等，自動化生產(chǎn)難度更高，需確保各環(huán)節(jié)的精度和一致性。
通常情況下，如果產(chǎn)品的尺寸較大，那么像電氣間隙和爬電距離這樣的要求就比較容易滿足。
但當(dāng)磁性元件產(chǎn)品體積越來越小，且電壓不斷升高，爬電距離就需要不斷增大，這種情況下就需要加入各種各樣的絕緣材料以滿足安規(guī)要求，這對工藝的挑戰(zhàn)是非常大的。
2019年前后，由于客戶的產(chǎn)品需要同時滿足高性能、大功率、小體積要求，封裝尺寸逼近極限，銘普光磁開始嘗試采用變壓器集成諧振電感的方式——也就是目前最流行的磁集成方式，并最終實(shí)現(xiàn)客戶提出的目標(biāo)和要求。
以LLC為例，磁集成后，銘普光磁電感與變壓器連繞的方式，減少了變壓器原邊2個引腳，客戶在PCB板上可以少開2個孔，少裝一個器件。李禮鵬也提到，“這種方式對于自動化生產(chǎn)是相對不友好的，尤其是這個繞線方式，難度更高。”
05. 結(jié)語
從目前行業(yè)現(xiàn)狀來看，更復(fù)雜的自動化生產(chǎn)工藝，在一定程度上削弱了磁集成節(jié)省材料帶來的降本效果，這正是磁性元件企業(yè)與電源企業(yè)博弈的關(guān)鍵點(diǎn)，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)更緊密的配合，在產(chǎn)品研發(fā)階段將自動化制造的可行性納入考量，實(shí)現(xiàn)最大化降本。 |
