兆瓦超充磁集成：通合、英飛源等多家企業共議技術攻堅與協同未來

隨著電動汽車超充需求向兆瓦級快速演進，充電模塊的功率密度與整體體積已成為制約設備部署與推廣的核心矛盾。目前，市場上廣泛應用的充電模塊功率等級正從主流的30kW、40kW及向60kW乃至更高功率發展。

功率提升往往伴隨模塊體積的增大。以典型的40kW模塊電源（如華為R100040G2）為例，其尺寸為218mm×438mm×120mm，峰值效率可達96.25%。

若要構建一個1000kW的充電樁，則需要25個此類模塊。簡單排列計算：若擺成兩排，每排至少需13個模塊，僅模塊部分組裝后的尺寸就將達到約1560mm高、436mm寬、438mm長。這還未計入柜體、散熱系統等必要組件。最終龐大的整體體積，無論對商用場地還是有限的家用空間，都構成了顯著的部署障礙。

因此，在功率持續攀升的必然趨勢下，充電模塊的小型化、高功率密度化已成為行業迫在眉睫的關鍵課題。在此背景下，磁集成技術因其能夠從根本上優化磁性元件的空間占用而受到高度重視。

本文將圍繞磁集成技術在走向大規模應用過程中的核心機遇與切實挑戰展開對話與探討：它如何具體推動高功率模塊的體積優化？面對成本、工藝可靠性及標準統一等產業鏈關鍵環節，企業如何協同突破？下文將通過磁性材料企業、磁性元器件企業及電源制造商的多元視角，深入解析這一技術趨勢背后的行業共識與未來之路。

以下為文章導覽：

• 磁集成技術在兆瓦超充模塊電源應用現狀及挑戰
• 磁集成技術對磁性材料要求及磁企解決方案
• 磁集成技術加速供應鏈協同趨勢

一、磁集成技術在兆瓦超充模塊電源應用現狀及挑戰

1、在兆瓦超充模塊的研發中，“磁集成”通常指將多個分立磁性元件集成為一個復合磁件。從技術現狀來看，目前行業內較為領先或可行的方案，通常能將多少個（n）磁性器件實現“n合一”？這個“n”的上限主要由哪些因素決定？

泰科斯德 朱彥博：這是一個很好的問題，但也常常容易被誤解的問題。我認為，在兆瓦超充的語境下，討論“n合一”的絕對數量并非核心，關鍵在于“為何集成”與“如何集成”。

我們在評估集成方案時，首先考慮的從來不是“能把多少個器件物理上綁在一起”，而是“為了解決哪個或哪些特定的系統級問題”。根據功能目標的不同，磁集成呈現出多樣化的路徑。我們通常關注的有以下幾類方向：

所以，回答“n是多少”：目前商業化方案中，2合1、3合1是經過充分驗證、廣泛采用的主流。但這個“n”的上限，并非由我們的想象力決定，而是由以下硬約束構成的系統天花板：

1.拓撲與功能的耦合度：這是決定性因素。需要集成的磁性元件之間，是否在磁通路徑、相位關系上存在天然的耦合或互補性?強行集成不相關的磁件，只會增加復雜度和損耗。

2.熱-力-電的相互制約：這是物理極限。集成后熱源集中，散熱設計能否跟上?機械應力如何?絕緣與安規(如增強絕緣)在緊湊空間內如何滿足?

3.可制造性與成本：這是商業現實。每增加一個“合一度”，磁芯形狀、繞組結構、裝配精度、絕緣工藝的復雜性通常呈非線性上升，對良率和成本構成巨大壓力。

因此，我們的理念是：不為集成而集成。“n”是一個結果，而不是目標。目標應該是：在給定的功率等級、封裝尺寸、效率與成本目標下，通過最合適的集成方式，實現系統性能的最優解。

超越精密 於漢斌：磁集成并非直接進行“n合一”，而往往是通過拓撲結構調整實現的，例如將原來一個功率通道中需要兩個交錯并聯的主變壓器，改為由一個功率更大的主變壓器來完成。在磁芯應用上，具體表現為可以用一個更大規格的磁芯（如PQ55）來替代原先兩個較小磁芯（如PQ49）的功能。

因此，行業內的磁集成發展更側重于通過電路與磁路的協同設計，在系統層面精簡磁性元件數量，而非局限于元件本身的物理合并數量。

充電樁三相PFC 圖/超越精密

2、磁集成首要解決的核心問題是什么?相比傳統分立磁性元件方案，它能帶來的最關鍵的提升具體體現在哪些指標上?

通合 張逾良：磁集成技術目前在兆瓦級超充領域應用廣泛，技術整體較為成熟。只要在設計時預留足夠的溫度裕量，其可靠性可得到保障。最常見的集成方式是將諧振電感與主變壓器合并，通過共用磁芯并利用漏感作為諧振電感，實現結構簡化。

相較于傳統分立式方案，磁集成的主要優勢在于能節省銅材、復用磁芯，從而優化效率曲線。在相同材料下，其在輸出電壓較低、頻率較高的工況下效率表現更優，而在典型高壓滿載時峰值效率與傳統方案基本持平。其原理在于，磁芯設計通常以最高電壓為基準，低壓工作時磁通密度裕度大，磁芯損耗顯著下降，從而提升低壓段效率。

效率提升有助于降低最惡劣工況下的損耗，為小型化與散熱設計提供了優化空間。然而，該優勢的實際程度高度依賴于具體電壓范圍、功率等級等應用條件，目前仍難以總結出普適量化規律，需結合具體場景分析。

目前通合科技兆瓦超充模塊電源相關產品已實現大規模出貨，僅今年磁集成方案充電模塊的出貨量已達數十萬臺。

泰科斯德 朱彥博：在兆瓦超充的極限要求下，磁集成技術被廣泛視為破局的關鍵。當前首要解決的核心問題并非“是否要集成”，而是“如何準確評估與實現集成所帶來的價值”。

這涉及三個層面的挑戰：

因此，磁集成技術的首要使命，是建立一套從系統需求出發，能夠精準量化、協同優化、并最終可靠實現其性能增益的完整方法論。

泰科斯德目前能夠做到精確的電感矩陣仿真，損耗仿真精度85%以上（仿真結果與正弦電壓電流激勵實測損耗對比）

關于關鍵提升，大量文獻宣稱提出的磁集成方案能夠減少體積和損耗，體積減少最高達70%，總損耗降低最高達40%，磁芯損耗降低最高達66%，但這些我認為并不是嚴謹的對比，無法作為數據支撐，我很難給出明確的比例與幅度。

超越精密 於漢斌：磁集成技術的核心在于提升能效并控制溫升，其中降低渦流損耗是關鍵。與傳統分立方案相比，該技術能顯著縮小體積（約20%-30%）并降低材料成本（預計10%-20%），主要通過整合磁路、減少磁芯與銅材用量實現。然而，因結構復雜、人工成本較高，整體成本優勢目前受限，未來依托自動化生產有望進一步優化。

目前，我們已在器件構造、磁路與結構設計上取得突破，并向頭部客戶批量交付。去年出貨約1KK，銷售額達三四千萬元。為滿足客戶對高效、低溫升的嚴格要求，我們采用了分布式氣隙等創新設計以改善熱管理。

60kW水冷變壓器 圖/可立克

3、實現高功率的磁集成，在磁路結構設計上面臨的主要權衡是什么?目前主流的研究或應用更傾向于哪種拓撲的集成方案?

英飛源 姚榮輝：目前在實際應用中，如LLC等拓撲中常提及的將諧振電感集成到變壓器里的做法，多數情況下并非真正的磁芯集成。

嚴格來說，這更多是一種“骨架的集成”，即通過機械方式將不同的磁芯部件組合在一起，而非對磁芯本身進行一體化設計與制造。

真正的磁集成應是考慮了實際磁路耦合的才叫磁集成，從磁路設計出發，像設計一張既包含成人座位也包含兒童座位的一體化桌子那樣，進行整體的、優化的結構創新。然而，目前行業普遍的做法更接近于將“小桌子”拼放在“大桌子”旁邊，是一種拼湊式的方案。

這種現狀的形成主要源于幾個難點：首先，多數應用公司或設計方傾向于自主設計磁性元件后交由磁芯廠家生產，但若需為集成方案專門開模，高昂的模具費用和反復打樣的成本與周期讓許多公司望而卻步。

其次，磁芯廠家自身也缺乏動力為客戶進行深度定制化開發，因為開模成本和設計驗證的風險難以承擔，且行業內在磁路設計方面具備自由創新能力的專業人才也相對有限。

因此，目前市場上許多被稱為“磁集成”的方案，實質上仍停留在物理拼合的層面，距離真正意義上的一體化磁路設計與制造尚有距離。

通合 張逾良：兆瓦超充在技術上并未帶來特殊的難點，尤其在充電應用場景中，模塊通常工作于輸出限流模式，均流策略相對簡單，實現并聯并無顯著挑戰。對頭部廠商而言，真正的壓力在于使充電樁滿足一級能效標準的同時保持產品的性價比。

圖/通合科技

若要在高功率、高密度應用中實現磁集成，磁路設計因廠商方案差異較大。以目前常見的通過原副邊繞組空間位置形成漏感來實現諧振電感與變壓器集成的方案為例，設計核心在于權衡體積、散熱、成本與效率這幾項相互制約的因素，尋求最優的綜合性能。

目前模塊電源的主流拓撲結構主要為LLC與移相全橋兩大類。例如英飛源和永聯等廠商較多采用一項全橋方案，而通合、優優綠能、華為等則主要使用LLC架構，后者在具體實現上可能存在多路交錯、三電平或繞組切換等細節變化。

此外，市場上也出現了新的單級拓撲方案，其在控制與結構上更為復雜。從技術復雜性來看，傳統方案如維也納加LLC或維也納加移相全橋均已相對成熟，二者各有特點：移相全橋的輸出電壓范圍更寬，但峰值效率較低;LLC則在峰值效率及效率曲線上表現更優，但其輸出電壓范圍較窄，尤其在低壓時效率下降可能更為明顯。

4、磁集成設計的高度定制化和復雜性，給制造工藝帶來了哪些前所未有的挑戰?這對生產的一致性、可靠性和成本控制產生了何種影響?行業是如何應對這些挑戰的?

通合 張逾良：在磁集成制造工藝方面，其挑戰主要取決于具體的技術路線。對于依賴繞組空間位置來控制漏感或寄生參數的方案(如通過原副邊繞組的空間排布實現集成)，需要精細控制分布參數，因此對繞制方式等工藝的一致性要求較高。

而其他類型的磁集成方案(如基于磁通抵消的設計)則可能對制造工藝的要求相對寬松。

在選擇磁集成廠商時，并未發現存在獨占性的技術壁壘，目前主要的頭部磁性元件供應商均具備相應的技術能力。因此，選擇的關鍵考量因素集中于成本、技術支持的及時性以及產品質量的穩定性，而無需特別區分磁集成與普通磁性元件在供應商選擇上的差異。

總體而言，行業內各廠商在磁集成技術上的能力已較為接近。

泰科斯德 朱彥博：繞組工藝的復雜性劇增是首要挑戰。集成意味著繞組從簡單的“一進一出”變為多層、多匝、多端口且相位關系嚴格的立體網絡。傳統線繞工藝在精度、一致性與自動化上面臨極限，特別是異形結構和極小間距的繞制，成為產能和良率的瓶頸。

我認為最具革命性的路徑之一，是向“平面化、集成化”的繞組工藝徹底轉型。這也正是我們公司持續投入，并且非常看好PCB繞組技術的原因。

PCB繞組完美解決了復雜繞組難題。通過PCB蝕刻，我們可以輕松實現任何復雜平面繞組圖形的高精度、高一致性批量制造，寄生參數（如漏感、層間電容）變得極其可控和可設計。這不僅僅是工藝改進，更是設計方式的解放。

目前，泰科斯德在多個預研和前沿項目上已廣泛應用PCB繞組技術。它不僅幫助我們攻克了高頻、高功率密度集成磁件的制造難關，其表現出的卓越一致性和可靠性，甚至讓很多客戶開始主動要求嘗試或指定采用PCB繞組方案。這充分證明了這條技術路線的生命力和市場吸引力。

當然，PCB繞組也面臨大電流承載、垂直方向散熱等挑戰，但這正是我們與基板材料、散熱技術伙伴共同創新的方向。總而言之，應對磁集成制造挑戰，需要工藝革新與設計革新并行。而PCB繞組，正是未來關鍵工藝支柱之一。

通合科技PCB雙面全灌膠方案 圖源網絡

二、磁集成技術對磁性材料要求及磁企解決方案

1、現有材料體系在哪些關鍵參數上已接近極限?為了支撐下一代磁集成，材料側最迫切需要突破的方向是什么?

英飛源 姚榮輝：目前磁性材料尚未出現突破性進展，例如能夠顯著降低鐵損的低損耗磁芯仍未見大規模應用。因此，散熱設計主要依賴現有磁芯材料，并通過形狀優化或結構設計來提升散熱能力，相關技術手段目前主要圍繞這些方面展開。

在磁性材料選擇上，目前鐵氧體、鐵硅鋁等多種材料均有應用。對于散熱性能要求，PC97型號表現較好，但若綜合考慮成本因素，PC95是目前更常見的選擇。

關于散熱能力，目前市場上已有宣稱能承受220℃高溫的磁芯產品。然而，高溫下的長期可靠運行不僅取決于磁芯本身，還涉及繞組的絕緣材料，例如漆包線的漆層等能否承受同等溫度。

關鍵在于，供應商能否提供相應的權威認證，例如UL認證，以證明其整個組件在高溫下的長期穩定性與可靠性。若無法取得這類認證，產品可能僅限于實驗室或小批量驗證階段，難以作為具備市場準入資格的批量商品進行銷售，尤其是面向海外市場時，相關的安規認證是不可或缺的前提。

泰科斯德 朱彥博：從我們磁性器件設計者角度看，我們確實正面臨著現有材料體系性能天花板的嚴峻挑戰。這種挑戰，并非單一參數不足，而是綜合性能難以同時滿足高頻、高功率密度、高可靠性的要求。

具體來說，現有兩大主力材料體系，在應對兆瓦級高頻磁集成時，都表現出明顯的性能折衷困境：

以鐵氧體為代表的，其低損耗優勢在高頻下依然關鍵，但其較低的飽和磁通密度和相對較差的熱導率，制約功率密度進一步提升。在高功率下，我們既需要它不飽和，又需要高效散熱，這非常困難。

以金屬磁粉芯為代表的，其高飽和磁通密度是巨大優勢，但高頻下的渦流損耗急劇增加，以及分布式氣隙帶來的EMI挑戰，讓我們在追求高效率和高功率密度時，必須做出艱難取舍。

可以說，現有材料體系是在“損耗、飽和磁通、熱導率、成本”這個四邊形中尋找平衡，而兆瓦超充的需求正在將這個四邊形的每個頂點都向外極致拉伸，已接近現有物理和工藝框架下的平衡極限。

但我們可以提出新的可能性：例如為集成而生的可設計材料，在特定方向具有差異化的磁特性。

超越精密 於漢斌：在當前兆瓦級超充充電樁模塊電源中，鐵氧體材料是應用較為廣泛的選擇，特別是96材及Core Loss（磁芯損耗）更低的98材等高規格材料已被實際采用。

從技術原理上講，這些低損耗材料能夠有效滿足高頻、高效率的應用需求。然而，其主要的挑戰在于大批量生產時材料性能的穩定性控制。

對于磁芯制造商而言，確保每批產品Core Loss的一致性是一大難題，這涉及生產過程中多個關鍵環節的精細管控，例如粉末壓制工藝、燒結爐溫的均勻性（無論是鐘罩窯還是隧道窯都存在溫度分布均衡的問題）、疊燒方式，以及燒結環境中惰性氣體的應用是否恰當等。

這些因素都可能導致最終磁芯的損耗特性出現波動。因此，為確保產品可靠性，專業的磁性元件制造商會在來料檢驗環節對每批磁芯的Core Loss等關鍵性能進行嚴格測試，確認符合設計指標后方投入生產，這是行業保障磁集成方案性能與可靠性的重要管控方式。

2、作為上游材料與方案提供商，您認為磁集成技術面臨的核心瓶頸是什么?

國石 商燕彬：在磁集成設計中，磁芯需以單副承擔原本兩副磁芯所承載的功率，這對磁性材料的性能提出了更高挑戰。

目前磁集成技術面臨的核心瓶頸在于材料性能的提升，要求在高功率條件下實現更低的損耗。因此，如96、97材等低損耗材料的應用日趨廣泛，同時納米晶、非晶等材料也在行業中逐步推廣使用。

磁集成面臨兩大核心挑戰：一是散熱問題，二是因將兩個產品合二為一而引發的電磁兼容（EMC）差異。后者需通過磁芯結構優化與電源系統設計協同解決，因此必須與變壓器設計師、材料及終端應用方共同開發，設計門檻較高。這不僅是材料問題，更涉及形狀設計與電路結構的深度融合。

3、貴司是如何通過磁集成方案，在提升功率密度的同時，解決散熱、損耗與小型化問題的?請詳細介紹貴司在該領域的產品方案。

國石 商燕彬：國石專注于錳鋅軟磁鐵氧體材料的研發與生產，在成本導向下96材仍為主流，但性能更優的97材使用比例已提升至15%左右。材料方面，公司著力攻克高溫下損耗控制與磁性能保持的難題，其量產的寬溫材料系列（如GP95、GP96、GP97）寬溫材料可在120℃–160℃環境下保持穩定的損耗特性，以應對高功率密度場景的散熱挑戰。

針對散熱管理，公司通過優化磁芯外形設計來提升散熱能力，如在熱集中區域增設散熱通道、采用中心開孔及不規則中柱結構以擴大散熱面積，并結合分布氣隙設計。當前行業面臨外形設計標準化不足、開模成本高等挑戰，GP97材月出貨量約二三十噸。

為推進磁集成在超充領域的大規模應用，國石將持續深化與變壓器廠家及終端客戶的協同開發，共同推動材料、結構與工藝的系統優化。

三、磁集成技術加速供應鏈協同趨勢

1、展望未來，磁集成技術下一步技術演進的關鍵路徑是什么?這需要磁性材料供應商、元件制造商、充電設備商乃至整車企業之間進行怎樣的深度協同創新?

通合 張逾良：關于磁集成技術在兆瓦超充市場的下一步演進，其關鍵路徑仍在于如何更好地平衡成本、體積與效率，以取得更優的綜合競爭優勢。

這需要產業鏈企業之間進行深度協同。由于技術發展已進入精細化階段，難以通過單一突破取得優勢，因此必須依賴系統方案的電氣參數精細設計、基礎材料的性能進步以及制造工藝的協同提升，多方共同努力才能推動發展。

兆瓦超充市場實際上已具備相當規模，特別是在重卡等大電池容量車型的充電領域。為滿足其高功率充電需求，采用整流柜方案、總功率達到兆瓦級別的充電堆已經大量部署。預計未來市場的增量將主要來源于這一領域。

泰科斯德 朱彥博：展望未來，我們認為其演進將遵循兩條關鍵路徑：一是技術本身的持續深化，二是研發與商業模式的根本性變革。

第一條是技術深化路徑，其核心是模型與工具鏈的閉環。下一代磁集成設計，必須依賴于一個從系統需求到器件物理實現的、高度精準的數字化平臺。這意味著：

1.多物理場深度耦合仿真成為標配：將電路仿真、三維電磁場分析、熱仿真在統一平臺上深度融合，實現磁-電-熱的協同優化，而非串行迭代。

2.模型與數據的正向循環：仿真模型通過實測數據持續校準，形成“設計-制造-測試-再優化”的閉環，讓模型預測越來越準，從“解釋現象”走向“精準預測”。

而支撐這條技術路徑的，正是研發模式的改變。過去電源廠設計拓撲、提出磁件規格，磁件廠按單生產的線性串聯模式，在磁集成時代已經失效。因為最優的磁集成方案，必然是電路參數與磁路結構在系統層面共同尋優的結果。

因此，泰科斯德強烈呼吁并正積極實踐一種 “深度協同、早期綁定”的全新研發模式：

1.從“供應鏈”到“共同設計鏈”：磁件供應商必須從客戶產品立項的概念階段就介入，與電源工程師組成聯合團隊。電源工程師無需成為磁學專家，磁件工程師也需深刻理解電路痛點，雙方共同進行實時權衡與迭代。

2.共同定義“最優解”：最優設計不是磁件性能的極限，而是在系統成本、效率、尺寸、可靠性、可制造性之間的最佳平衡。這需要雙方開放數據、共享目標，在設計的每一步做出聯合決策。

國石 商燕彬：目前，磁集成技術尚處于開發前期。其核心優勢在于通過合并磁芯，顯著提升了功率密度（同等尺寸下可提升30%以上）并優化了體積。然而，新設計也帶來了材料升級成本上升、生產工藝更復雜等挑戰，導致其現階段綜合成本并未低于傳統方案。

技術演進對磁芯材料提出了更高要求：需兼具更低損耗、更高飽和磁通密度及優異的寬溫穩定性（例如在150-160℃高溫下保持低損耗）。為此，廠商多采用與下游客戶協同開發的策略，以確保產品符合實際應用需求。

當前主要挑戰在于研發成本高、可靠性需持續驗證，以及行業標準缺失。新架構（如60/80千瓦）與原有標準不兼容，各企業仍處于前期驗證與推行自有標準階段。未來亟需由行業協會牽頭，推動建立統一的技術標準體系。該技術的大規模成本優勢，預計需待應用放量、規模化效應顯現后才能充分實現。

結語

作為突破功率密度瓶頸的關鍵路徑，磁集成技術已在兆瓦級超充領域實現了從方案驗證到規模化應用的跨越。當前，該技術通過將諧振電感與主變壓器等磁性元件一體化設計，顯著提升了模塊功率密度與效率曲線，尤其在低壓高頻工況下優勢明顯。

然而，其發展仍面臨多重挑戰：在技術上，磁路與散熱設計高度復雜，需精準平衡體積、損耗與溫升；在材料端，現有鐵氧體等材料體系在低損耗、高飽和磁通密度及寬溫穩定性方面臨近極限，亟需性能突破；在制造上，高度定制化與工藝復雜性對產品一致性、可靠性與成本控制提出了更高要求。

面對這些難點，產業鏈上下游正從“單點創新”走向“系統協同”。磁性材料企業通過開發高溫低損耗材料、優化磁芯結構與散熱設計來支撐集成需求；磁性元件與電源制造商則借助精細仿真、工藝革新（如PCB繞組）及與客戶的早期深度合作，共同定義集成方案。

未來，磁集成技術要在大規模市場中成熟應用，仍需構建貫穿材料、設計、制造與標準的協同生態——唯有通過跨環節的聯合開發、數據共享與標準共建，才能將技術潛力轉化為持續領先的產品競爭力，最終推動超充設備向更高功率、更小體積、更優成本的方向加速演進。

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