新能源汽车领域的磁集成解决方案及挑战

【哔哥哔特导读】深耕磁集成领域多年，铭普光磁有哪些成功量产的磁集成方案？目前在实际量产过程中，最大的挑战又是什么？

2024年10月，业界首个磁集成技术专场会议——2024磁集成技术创新与应用研讨会在深圳国际会展中心（宝安新馆）圆满落幕，东莞铭普光磁股份有限公司（下称“铭普光磁”）研发总监李礼鹏现身研讨会现场，并奉上了《新能源汽车领域的磁集成解决方案》的精彩主题演讲。

东莞铭普光磁股份有限公司李礼鹏

本文将带大家深度回顾李礼鹏演讲的精彩内容。

01.磁集成原理、目的及其优势

磁集成技术是将两个或多个分立磁性元件（如电感、变压器等）绕制在一副磁芯上，通过合理设计磁芯结构和绕组布局，实现多个磁件的集成，从结构上集中在一起，以减小磁性元件的体积、重量，以及减少出脚数量，并改善电源性能。

从集成方式分看，分为物理集成和磁路集成，前者为多器件拼接在一个底座或外壳上，而后者是将多器件共用一副磁芯，集成难度更高，对磁集成产品设计能力要求也更高。

磁集成技术经过近多年的发展和演变，尽管已经取得了一定的成果和突破，但在理论研究、技术应用和产业化方面，仍有很大的发展空间；未来磁集成技术有望在更广泛的领域内发挥更大的作用，包括但不限于新能源汽车、充电桩，光储逆变器，大功率电源等关键领域。

磁集成的目的主要体现在以下五个方面：

1.缩小磁元件的尺寸；

2.降低磁元件的损耗；

3.减少磁元件的数量；

4.降低磁元件的成本；

5.提高电源的效率。

而磁集成的优势则主要体现在以下几个方面：

一是减小系统体积与重量。集成化设计可让磁集成技术将多个磁性元件集成到一个模块中，显著减少了系统的总体积和重量；采用高性能磁性材料和结构优化，进一步减小了磁性元件的体积和重量；通过合理的布局设计，充分利用空间，进一步减小系统的整体尺寸。

二是增强系统可靠性与安全性。主要体现在两个点，其一是磁集成解决方案减少了磁性元件之间的连接点，从而降低了故障发生的概率；其二是采用高强度和高可靠性的材料制造磁性元件，提高了系统的整体可靠性。

三是降低制造成本与维护费用。磁集成技术减少了磁性元件数量、引脚、连接点等，可简化生产工艺流程；通过优化设计和制造工艺，提高了产品的生产良率；磁集成解决方案的模块化设计使得维护更加便捷，降低了维护费用和时间成本。总体而言，可大大降低磁性元件企业的制造成本。

02.新能源汽车磁集成发展现状

近年来，随着新能源汽车行业的快速发展，磁集成技术在车载充电机（OBC）、直流充电桩（DCDC）广泛应用，有效减少了磁器件的体积，极大的提高了功率密度，是目前磁集成技术应用最成熟的领域。

在新能源汽车的车载充电机中，磁集成技术被广泛应用于PFC电路和LLC谐振电路中，以减小体积、降低重量并提高效率。通过集成PFC电感和谐振电感等磁性元件，实现了电源系统的小型化和高效化。

直流变换器（DCDC）也广泛采用了磁集成技术。通过将变压器与电感集成在一起，减少了磁性元件的数量和体积，从而提高了功率密度和可靠性。同时，磁集成技术还有助于降低DCDC变换器的损耗和温升，提高其工作效率和稳定性。

此外，充电桩模块电源也广泛采用磁集成技术，目前应用最多的就是LLC电路中把主变压器和谐振电感集成在一起，磁性元件产品体积小了，集成后生产效率更高，PCB布局也更加灵活。

未来，随着全球对环保和可持续发展的日益重视，新能源汽车市场将迎来持续增长，磁集成解决方案作为提升新能源汽车性能和效率的关键技术，其市场需求也将随之增加。

在新能源汽车市场中，高性能、高效率的产品将更受消费者欢迎。不同车型、不同应用场景对磁集成解决方案的需求也将更加多样化。

因此，磁集成解决方案需要不断提升产品性能，提供更加定制化的产品和服务，以满足市场对高性能产品、客制化服务的需求。

03.铭普光磁部分磁集成案例

铭普在磁集成技术领域深耕多年，与多个应用领域头部企业长期深入合作，提供磁集成磁性元件解决方案，在车载OBC及汽车充电桩变压器电感磁集成技术广泛应用。

3.3kW车载OBC应用CLLC电路(5合1)

3.3kw车载OBC主变压器、谐振电感5合1磁集成产品

这款产品采用5合1磁集成，集成了主变压器、2颗谐振电感以及PFC和DCDC电路中的磁性元件，尺寸仅为 1784446mm，有效地减少了磁性元件数量和体积，降低了加工成本，对电源企业而言安装也更方便。

6.6kW车载OBC应用CLLC电路（3合1）

6.6kW车载OBC主变压器+谐振电感三合一磁集成产品

这是一款主变压器+谐振电感3合1磁集成，尺寸为1125149mm，采用连绕方式，两端各只有两个引脚（集成前8个引脚），制造工艺实现上更简单，安装更也更便捷。

22kW车载OBC三相磁集成变压器

22kw车载OBC三相磁集成变压器

这款产品为22kw车载OBC三相变压器磁集成方案，产品尺寸为88.4193.559.6mm。李礼鹏透露，目前铭普光磁也正在探索在每一路实现主变压器+谐振电感磁集成后，再进行三合一磁集成，实现6个磁性元件的一体化高度集成方案。

充电桩LLC电路主变压器三合一集成方案

这是一款应用于充电桩LLC电路的三相主变压器三合一磁集成方案，三颗变压器共用了一个磁芯底座，节省了两块磁芯，产品尺寸为1046651mm。李礼鹏提到，“这里有个需要注意的地方，因为电流相位差的问题，中间线圈跟两边线圈绕线方向是不一样的，否则共用的磁芯发热就会非常厉害。”

04.磁集成面临的制造工艺挑战

磁集成解决方案涉及复杂的制造工艺，如绕线、焊接、装配等，自动化生产难度更高，需确保各环节的精度和一致性。

通常情况下，如果产品的尺寸较大，那么像电气间隙和爬电距离这样的要求就比较容易满足。

但当磁性元件产品体积越来越小，且电压不断升高，爬电距离就需要不断增大，这种情况下就需要加入各种各样的绝缘材料以满足安规要求，这对工艺的挑战是非常大的。

2019年前后，由于客户的产品需要同时满足高性能、大功率、小体积要求，封装尺寸逼近极限，铭普光磁开始尝试采用变压器集成谐振电感的方式——也就是目前最流行的磁集成方式，并最终实现客户提出的目标和要求。

以LLC为例，磁集成后，铭普光磁电感与变压器连绕的方式，减少了变压器原边2个引脚，客户在PCB板上可以少开2个孔，少装一个器件。李礼鹏也提到，“这种方式对于自动化生产是相对不友好的，尤其是这个绕线方式，难度更高。”

5. 结语

从目前行业现状来看，更复杂的自动化生产工艺，在一定程度上削弱了磁集成节省材料带来的降本效果，这正是磁性元件企业与电源企业博弈的关键点，需要产业链上下游企业更紧密的配合，在产品研发阶段将自动化制造的可行性纳入考量，实现最大化降本。

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