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电力电子高频磁技术及其发展趋势<2>
2．平面化（Low－Profile）
每一个电磁元件，都是磁回路和电回路的耦会。从传统的电工磁理论考虑，对于一定的线
圈窗口面积和铁心截面积，对最优结构，要求线圈回路和铁芯回路的长度最短，以减小铁心体
积和线圈长度。所以，铁芯的线圈窗口形状一般为圆形或宽高比不大的长方形，比如，环形、
日形、E1形罐形等块状的铁心结构，这使得磁件的高度比其他元器件高得多。随着电力电子装
置轻量化，低截面（如便携电源，在板电源等）的要求的提高，客观上要求磁件具有低平的平
面结构。菲利浦公司首先提出了平面结构的铁氧体铁芯，得到了广泛的应用。平面的铁芯结构
在理论上讲，由于窗口形状变为扁长形，降低了磁回路和电回路的利用率。但是，在高频情况
下，铁芯发热成为一个主要矛盾，而平面化的磁结构具有较大的散热面积，且使磁件热点到磁
件表面的热阻降低，从而提高功率密度；另一方面，磁心结构的平面化必然带来绕组结构的平
面化，从而带动了对平面结构绕组的研究。例如原副绕组的夹，肝结构、交叠结构、匝间换位
结构等。而不同的绕组耦台电容都有不同的影响。平面绕组便于制造，参数一致性好。适合采
用多层印制板技术制造，也便于应用变压器原副边绕组的层间交叠技术和匝间换位技术等。
3．集成化（Integration）
自从CUk第一次提出了磁件集成化的思想后，磁件集成技术发展很快。集成化实际上包含
两方面含义：一是将多个磁性元件集成在一个铁芯结构上，充分利用各个磁件在具体电路拓扑
上的电压、电流关系以及磁路拓扑上的磁通、磁势关系，实现多个磁件的集成，以减小体积，
而且降低损耗。例如，将两个或多个电感器制造在一个铁芯上，将变压器和电感器集成在一个
铁芯结构上；二是将磁性元件与线路板结合。例如直接将磁件的绕组制造在线路板上，采用厚
膜技术将磁心和绕组制造在硅片上等。
对于功率变换电路，磁性元件对功率主电路的拓扑有重要的作用。增加电感或使各个电感
有所耦合对电路性能的提高有重要的作用，但电感数量的增加往往相应增加了磁件的数量、体
积和损耗。而如果采用磁集成技术，则在电路拓扑上磁元件数量的增加并不一定意味着实际电
路布置上磁结构所占体积和磁件损耗的增加。所以，在研究电路拓扑时，不仅要从电路拓扑方
面考虑问题，还要注意将电路拓扑方案与磁件的可能的集成结构方案综合在一起研究，达到磁
件结构与电路结构的最佳组合。
4．阵列化（Matrix）
为了打破磁件传统的块状结构方式，阵列化的磁结构将大块状的磁件结构离散为呈分布
式阵列布置的磁结构，或形成一层磁结构层。便于实现磁结构与线路板或其它器件的紧密配合
和集成。另一方面，传统结构磁件由于其铁芯和绕组损耗的集中方日块状结构，使其成为温升
较高的集中热源的热点。从整个电路的温升力布来看，发热最集中，温升最高的往往在磁件
（包括铁芯和绕组）上，所以，阵列式磁结构的一个特点是使传统块状孩结构的集中发热变
为阵列磁结构的均匀分布发热，并大大增加了散热面积，从而使整个电路的温升分布趋向均
匀，提高了整个电路的功率密度。阵列化的另一个特别是通过增大面积，使磁件成为十分扁
平的磁层，从而满足对外形高度有特殊需要的功率变换器的结构要求。阵列式磁件的铁心结
构可以有各种形式，通过不同的绕组接线可以构造变压器或不同电感量的电感器。
5．混合化（Hybrid）
高密度功率变换模块的主要技术问题是实现各元器件的高度集成封装，提高功率密度。电
路分布参数在高频下所引起的电压尖峰和能量损耗是提高频率的一个主要障碍。缩短各个元件
之间的连线，可以减小高频电路分布参数的影响，降低半导体器件上电压、电流的应力，减小
能量循环，提高效率。高度集成封装不仅减小了模块体积，更重要的是提高了模块的可靠性和
效率。目前，国剑、的产品已实现了有源器件的跳线（Wire－bond）集成封装。但无源器件一
般仍为分立器件。磁件的混合化就是将磁性元件和其它电路器件，如开关器件、二极管、电容
等合成制造在一起，以尽量缩短或消除器件之间的连线。例如，通过电感器箔形绕组的层间分
布电容来实现混合化的LC滤波器，通过薄膜工艺将铁氧体材料和绕组材料做在硅基片上，使二
极管和变压器混合材料做在铁氧体基片上。由于磁性元件包含铁心和绕组，这是混合化设计和
制造的困难所在。
三、结论
磁性元件的研究、分析、设计和构造是电力电子技术的重要内容。高频、高功率密度和特
殊外形结构的功率变换模块是当前电力电子发展的前沿。电力电子高频磁技术是电力电子技术
与磁技术的紧密结合。目前，我国电力电子高频磁技术的发展比较缓慢，己成为影响电力电子
总体发展的一个制约因素。磁性元件作为电力电子的关键器件，与电力电子技术本身的发展和
应用范围的扩大、应用水平的提高是密切相关的。但同时，高频孩技术本身的发展和突破又反
过来带动电力电子应用水平的进一步提高和应用范围的扩大。高频磁技术的发展将带来传统磁
结构的变革，使磁件向着高频化、平面化、集成化、阵列化和混合化方向发展。高频磁技术的
研究和应用内容正在不断扩大和深化。
摘自《邮电商情》
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