作為大功率磁性元件集成應(yīng)用最早的領(lǐng)域,車載OBC的磁集成又能給我們帶來哪些啟示?未來集成化的電源又是什么樣子的?
編者按
磁集成技術(shù)一直是電力電子學(xué)領(lǐng)域中繞不開的話題,在前兩期磁集成技術(shù)系列對話中,我們討論了充電樁、儲(chǔ)能兩個(gè)領(lǐng)域,最后一期磁集成技術(shù)話題我們將圍繞車載OBC領(lǐng)域展開。作為大功率磁集成應(yīng)用最早的領(lǐng)域,車載OBC相比其他兩個(gè)領(lǐng)域也更有經(jīng)驗(yàn),更加成熟,車載OBC的磁集成應(yīng)用能為其他領(lǐng)域帶來哪些思考?未來磁集成技術(shù)的發(fā)展方向又是什么?
本期《對話》通過高校、車載電源整機(jī)、磁性元件企業(yè),共同探討磁集成技術(shù)在車載OBC領(lǐng)域的落地情況,以及磁集成技術(shù)未來的發(fā)展趨勢和終極形態(tài)。
問題導(dǎo)覽
1.相比于一般功率變換器前級PFC功率電路、后級LLC(或CLLLC)諧振電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),車載OBC磁集成后,磁性元件使用種類和數(shù)量減少了哪些?磁集成后,車載OBC的體積、效率和成本有何變化?
2. 磁集成技術(shù)會(huì)產(chǎn)生哪些方面的改變?對磁性元件會(huì)有哪些挑戰(zhàn)?
3. 未來有沒有新的電路拓?fù)浠蛘呒啥雀叩拇偶杉夹g(shù)方案?
對話嘉賓
1.相比于一般功率變換器前級PFC功率電路、后級LLC(或CLLLC)諧振電路的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),車載OBC磁集成后,磁性元件使用種類和數(shù)量減少了哪些?
浙江大學(xué)王正仕:現(xiàn)在也有一些磁集成技術(shù)方案后級是采用DAB或者混合的,磁集成后磁性元件數(shù)量是減少了,磁集成產(chǎn)品整體的體積也會(huì)更小,對磁性元件企業(yè)而言,磁集成數(shù)量少了生產(chǎn)更方便,品質(zhì)也更好控制。
磁集成前,OBC和DCDC輸入輸出端的濾波電感是一樣的,其中6.6kW車載OBC,PFC電路中是2顆電感,LLC通常是2顆變壓器串并聯(lián),再加1顆諧振電感;DCDC用移相全橋做的話是1顆+輸出端濾波電感(高低壓轉(zhuǎn)換);集成以后,主要將OBC和DCDC的主變壓器合成一個(gè)。
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:我們基本上還是分級去做磁集成。PFC有兩路交錯(cuò)、三路交錯(cuò)甚至三相輸入的。目前磁集成有兩種,一種是解耦集成(物理集成),只是把他們機(jī)械地封裝到一起,磁路還是各走各的;還有一種是做耦合電感一樣的磁集成,相對的優(yōu)勢就是要么把紋波做小,要么把體積做小,可以選擇其中一個(gè)特性,或者說把紋波做小并適當(dāng)?shù)販p小磁集成產(chǎn)品體積。簡單來講,就是有單路的、多路的解耦集成,多路的耦合集成或者是三相的磁集成,耦合集成難度相對更高,目前業(yè)界量產(chǎn)的比較少,主要是以解耦集成為主;
后級要看單向還是雙向,單向是LLC電路比較合適的,但雙向的就會(huì)用其他電路拓?fù)洌热缗_(tái)達(dá)的Boost CLLC電路,或者你提到CLLLC電路,DAB電路也是一種選擇。后級的集成也分兩種,一種是類似于機(jī)械封裝到一起,共用一部分磁路,體積、重量都可有效減少,比如UU型或者其他形狀,還有臺(tái)達(dá)早期的大漏感集成方案,目前用的比較多的是這種,這是對于單向的;還有一種是三相的,華為做得比較早,變壓器部分采用三相五柱,中間三個(gè)繞組,也有一些做法是采用三個(gè)繞組,將公用柱放到兩兩之間,電感也采用類似的結(jié)構(gòu);還有一種類似剛才的單向做法,把電感和變壓器集成到一起,中間有部分磁路共用。
威海東興張洪偉:PFC電感考慮體積,大功率器件一般考慮使用金屬粉芯材料,材質(zhì)不一致,一般不會(huì)跟主變和諧振電感磁集成,最多是使用一個(gè)底座或外殼做物理集成,在設(shè)計(jì)交錯(cuò)并聯(lián)的磁集成技術(shù)方案時(shí),可以將兩個(gè)或者多個(gè)電感用磁集成磁心合并在一起,減少整體尺寸;
LLC,CLLC磁集成技術(shù)也不會(huì)減少磁性元件種類,需要的諧振電感和主變是電源工作必不可少的,只是通過磁心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),在減少磁集成產(chǎn)品體積的前提下,仍然實(shí)現(xiàn)原來磁集成產(chǎn)品的功能;只從磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)果直觀看,可能少了部分磁心,或者是少了線圈繞組,但是電路需要的功能器件仍然存在。
尚新融大李建江:磁集成方案整體上看主功率磁性元件數(shù)量大概會(huì)減少一半左右。前級PFC電路目前以交錯(cuò)并聯(lián)為主,有2顆電感,可通過共用部分磁路集成為1顆。此外也會(huì)涉及到混合磁路的磁集成,因?yàn)殡姼斜旧硎且粋€(gè)儲(chǔ)能器件,儲(chǔ)能部分往往用扁線立繞或者頻率高的絲包線配合金屬磁粉芯磁柱,除了儲(chǔ)能部分外,連接部分會(huì)用到低損耗、高磁導(dǎo)率的鐵氧體材料回收磁路線,防止漏磁;
后級LLC半橋(單向半橋、雙向全橋)涉及到的主要磁性元件是1顆主變壓器,1顆諧振電感,主要就是主變壓器+諧振電感集成為1顆,根據(jù)功率大小分不同磁集成方式。功率較小的比如1000W,會(huì)采用變壓器漏感直接做成諧振電感,采用一副磁芯通過繞組結(jié)構(gòu)、氣隙調(diào)整等實(shí)現(xiàn)漏感能夠達(dá)到諧振電感的要求,這種方式成本是最低的;另外一種就是背背式,就是完整磁路的主變壓器磁芯+半副諧振電感磁芯形成閉合磁路。
功率大了以后往往采用兩個(gè)主變壓器組合的方式,通過對磁柱、繞組、安裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,把兩個(gè)主變壓器跟諧振電感磁集成。
還有一種從系統(tǒng)角度進(jìn)行磁集成,整個(gè)磁集成系統(tǒng)除了磁性元件外還有芯片、驅(qū)動(dòng)變壓器、電阻、電容等,我們現(xiàn)在也在思考如何跟電源芯片廠商實(shí)現(xiàn)小型磁件的磁集成。
超越精密於漢斌:目前6.6kW OBC磁集成用的相對較多,磁集成方式基本上是主變壓器+諧振電感磁集成,或者主變壓器+諧振電感+濾波電感三個(gè)集成,前級PFC一般是將幾顆電感集成為1顆,有物理集成,也有磁集成。具體的磁集成數(shù)量則根據(jù)整體電路拓?fù)洳煌兴鶇^(qū)別,比如說單雙向,雙相/三相輸入、串/并聯(lián)等不同的方式,磁集成后所減少的磁性元件數(shù)量是不一樣的。
車載OBC電路結(jié)構(gòu)簡圖
2.磁集成后,車載OBC的體積、效率和成本有何變化?
浙江大學(xué)王正仕:有些企業(yè)布板布得比較好,磁集成產(chǎn)品體積能減小20%,磁集成技術(shù)成本能降低10%-15%。
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:磁集成產(chǎn)品體積、重量會(huì)下降10%左右。
威海東興張洪偉:磁集成的設(shè)計(jì),本身就是減少體積和降低成本,這兩個(gè)方面肯定是明顯達(dá)成得,至于產(chǎn)品的效率,磁集成后,鐵氧體和銅的用量都減少了,理論上本身的銅損和磁損都會(huì)降低,效率也會(huì)提高。磁集成后最大的問題是體積縮小了,散熱面積也變小了,電源的散熱設(shè)計(jì)只要符合了,電源的效率也能達(dá)成,甚至比分立器件更高;
尚新融大李建江:磁集成技術(shù)成本的降低體現(xiàn)在兩方面,一是減少磁芯、繞組用量后節(jié)省的成本,二是磁集成后加上自動(dòng)化生產(chǎn)帶來的工時(shí)或用工成本,兩方面優(yōu)化較好的話,應(yīng)該能夠降低1/5成本。
超越精密於漢斌:磁集成產(chǎn)品體積可減少1/3左右。
3.磁集成的設(shè)計(jì)可能會(huì)限制散熱空間,貴司對提高熱管理效率方面做了哪些優(yōu)化?接下來是否有使用新型散熱材料或技術(shù)的規(guī)劃?
浙江大學(xué)王正仕:磁集成技術(shù)應(yīng)用可能主要是跟功率器件有關(guān)系,比如說低壓側(cè)電流大了以后,功率器件采用頂部散熱或者雙面散熱,目前像英飛凌已經(jīng)有這種新封裝形式的磁集成產(chǎn)品方案。
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:共用部分磁路要看具體的設(shè)計(jì),單向的是比較好優(yōu)化的,只要有相位差就有辦法處理,可以提前預(yù)判,比如前面提到的UU型電感和變壓器集成部分,可以在磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)磁通密度逐步減小,并不一定會(huì)發(fā)熱。
雙向的相對復(fù)雜,笨一點(diǎn)的辦法就是加大截面兼顧充放電,這時(shí)候可能體積的減小沒有剛才說的10%那么多,可能只有5%或者7%,如果還是解決不了,那可能需要加入高導(dǎo)熱灌膠或者其他方式,這都是業(yè)界常用的辦法,比如目前已經(jīng)有功率器件廠商采用頂部散熱,甚至頂部+底部同時(shí)散熱的封裝形式,這種趨勢是很明顯的。
磁性元件也是一樣的原理,因?yàn)楣β拭芏仍絹碓礁?,除了?yōu)化設(shè)計(jì)讓發(fā)熱部位更貼近散熱水道,以及降低線損、鐵損外,如何讓其他配件材料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)幫助其散熱是未來的趨勢。
威海東興張洪偉:車載OBC會(huì)灌封水冷散熱,設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到器件內(nèi)部的熱量如何利用水冷導(dǎo)出是設(shè)計(jì)關(guān)鍵;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮導(dǎo)熱硅膠如何能夠填充到所有縫隙,特別是氣隙周圍高溫部分,預(yù)留好導(dǎo)熱膠灌封進(jìn)入口,和空氣排出的位置,我們會(huì)對骨架做相應(yīng)的設(shè)計(jì),減少膠帶固定線包的傳統(tǒng)方式,在一些特定產(chǎn)品上,設(shè)計(jì)使用更高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷骨架和陶瓷墊片的新材料進(jìn)行散熱改善;
尚新融大李建江:磁芯做成一副整體,繞組分別繞制,以更好地解決散熱問題。功率大了以后,磁芯制造也會(huì)面臨一些挑戰(zhàn),比如磁芯大了以后壓制密度不一樣,導(dǎo)致磁通密度不一樣,造成磁芯散熱不均勻。長期使用可能因?yàn)閼?yīng)力不一樣造成磁芯開裂,留下安全隱患,所以目前主要是通過組合磁芯來避免這些問題,同時(shí)還可以把磁芯做得更扁平些,增大散熱面積。
尤其是要注意氣隙跟繞組的距離,因?yàn)槁└袑ν廨椛涑鰜砗?,繞組離氣隙越近,渦流損耗越大,可以通過分段開氣隙的方式進(jìn)行分散,但氣隙仍然存在,變壓器失效大部分都是繞組跟氣隙結(jié)合部,這里是可靠性的薄弱點(diǎn)。
在不影響磁路使用的情況下,可以增加散熱風(fēng)道(風(fēng)冷散熱方式)、跟散熱基板結(jié)合更緊密,也可以采用金屬殼+高導(dǎo)熱灌封材料等方式提高散熱效率。
車載OBC電源電路架構(gòu)
4.磁集成產(chǎn)品要求磁性材料具有更高的頻率響應(yīng)和更低的損耗,目前車載OBC的工作頻率一般是多少?隨著頻率的提高,一般會(huì)選用哪種磁芯和線材?
浙江大學(xué)王正仕:頻率一般是100k-200k Hz,這個(gè)頻率一般是用鐵氧體,其他材料還替換不了,現(xiàn)在納米晶可以覆蓋這個(gè)頻率段,但總體成本要高一些。
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:目前量產(chǎn)的主要是40k-300k Hz之間,研發(fā)的磁集成產(chǎn)品有一些已接近甚至超過1M Hz,但還需要進(jìn)行更多可靠性驗(yàn)證測試。
線材主要是用膜包線的方案比較多。一方面功率大需要的線徑大,但線徑大成本自然就高,膜包線性能參數(shù)和成本都介于三層絕緣線和普通的離子線之間,它的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了,膜包方線也有,但這個(gè)工藝相對難一些,因?yàn)橐鲆粋€(gè)壓合的動(dòng)作,里面可能會(huì)存在一定的安全隱患。
威海東興張洪偉:車載OBC磁集成產(chǎn)品一般使用LLC,雙向CLLLC的拓補(bǔ),特點(diǎn)是工作頻率不是固定頻率,現(xiàn)在常見的頻率在70~200kHz可變,寬頻、寬溫低損耗是磁性材料的優(yōu)選,需要磁性材料廠家能夠在這個(gè)區(qū)域內(nèi)提供更低損耗的材料。當(dāng)然在磁性材料瓶頸的情況下,可以通過磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),讓磁性材料工作在最低損耗得區(qū)間也是可以實(shí)現(xiàn)的,犧牲一些空間,通過設(shè)計(jì)也能彌補(bǔ)。
東興目前車載OBC磁集成產(chǎn)品選材原則就是前面這些,線材根據(jù)頻率,選擇多股的高溫膜包線為主。
尚新融大李建江:頻率一般在100k-200k Hz之間。
磁集成以后,主變壓器和電感可以共用部分磁路,其中影響效率的主要有兩個(gè)。一個(gè)是影響勵(lì)磁電流的,勵(lì)磁阻抗越大,空載電流就越小,要選擇更高磁導(dǎo)率的材料;另一個(gè)是損耗溫度曲線,根據(jù)電源的綜合效應(yīng),選擇最低損耗溫度適合電源工況的材料。此外諧振電感跟變壓器還有所區(qū)別,需要選取高Bs、低損耗的材料,才能更精準(zhǔn)的滿足磁芯的磁特性。
超越電子於漢斌:磁集成后的PFC電感,一般會(huì)采用8字型的扁平線,磁芯則采用塊狀組合磁芯。目前看繞線是可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化了,磁芯生產(chǎn)工藝相對要復(fù)雜一些。
泰科斯德11 kW 車載OBC磁集成產(chǎn)品
5.磁集成后,磁芯一般都是定制化的特殊形狀磁芯,目前貴司是否具備自主設(shè)計(jì)磁性元件方案的能力?這對磁性元件企業(yè)提出了哪些要求?
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:目前主要是主機(jī)廠自主設(shè)計(jì)和第三方供應(yīng)兩種,第一種比如像比亞迪,這兩種方式都是針對磁集成產(chǎn)品前期設(shè)計(jì),對于磁性元件企業(yè)而言,主要還是圍繞自動(dòng)化生產(chǎn)的角度,當(dāng)然這個(gè)過程中也需要磁性元件廠商深度參與,才能更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。
威海東興張洪偉:東興完全掌握自主設(shè)計(jì)磁集成結(jié)構(gòu),客戶提出項(xiàng)目需求后,磁性元件是按照客戶提供的空間和性能指標(biāo)來獨(dú)立設(shè)計(jì)的;
車載OBC磁集成技術(shù)前期設(shè)計(jì)是需要配合客戶電源結(jié)構(gòu)定義的,設(shè)計(jì)后的磁集成產(chǎn)品必須符合可靠性試驗(yàn)要求,不會(huì)太有機(jī)會(huì)返回來修改結(jié)構(gòu),所以磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的磁芯是否符合可靠性要求,特別考驗(yàn)磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的能力,東興有符合車載磁性元件AEC-Q200的可靠性實(shí)驗(yàn)室,同時(shí)有多年自動(dòng)化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn);針對各類特殊的磁集成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),都做了提前可靠性評估,磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)避磁集成產(chǎn)品問題;
東興提前幾年布局了自動(dòng)化生產(chǎn)車間,每年引進(jìn)大量的自動(dòng)化設(shè)備,針對一些特殊要求,東興會(huì)跟設(shè)備廠家形成合作,定制一些特殊的自動(dòng)化設(shè)備。東興設(shè)計(jì)的磁集成產(chǎn)品,會(huì)優(yōu)先考慮是否適合自動(dòng)化生產(chǎn),我們必須保障磁集成產(chǎn)品在量產(chǎn)時(shí)滿足自動(dòng)化生產(chǎn),以保證磁集成產(chǎn)品的一致性和出貨品質(zhì)。
尚新融大李建江:現(xiàn)在是兩類情況,一類是大的電源企業(yè),他們本身電磁結(jié)合的設(shè)計(jì)能力就比較強(qiáng),會(huì)進(jìn)行仿真、優(yōu)化后提出一些構(gòu)想,這種情況磁性元件企業(yè)更多是采取協(xié)同設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行配合。另一種就是磁性元件企業(yè)配合電源企業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)電源解決方案。
我們不一樣的地方在于,公司內(nèi)部有兩個(gè)團(tuán)隊(duì),一個(gè)負(fù)責(zé)磁性元件設(shè)計(jì),另一個(gè)負(fù)責(zé)電源方案設(shè)計(jì)。因?yàn)殡娫粗饕褪请娐吠負(fù)?、磁性元件、布板,磁部分是我們的底層核心能力,但如果光懂磁,不懂電路,磁集成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)就會(huì)受到很多約束。近些年取得快速發(fā)展的這些企業(yè),比如鉑科,就是因?yàn)樗麄兙哂羞@種磁集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈縱向延伸的能力,能夠從電路的參數(shù)直接延伸到磁的本質(zhì)屬性,讓磁的微觀特性跟電路需求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)結(jié)合,可以大大縮短磁集成產(chǎn)品驗(yàn)證周期,我認(rèn)為這是磁集成技術(shù)未來的一個(gè)發(fā)展趨勢。
超越精密於漢斌:磁集成技術(shù)在前期階段,我們會(huì)根據(jù)客戶需求去做磁路、溫升、結(jié)構(gòu)等相應(yīng)的仿真,驗(yàn)證客戶要求性能的實(shí)現(xiàn)。
臺(tái)達(dá)電子多合一電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成,圖片來源:臺(tái)達(dá)電子官網(wǎng)
6.此外,磁集成技術(shù)還會(huì)對磁性元件提出哪些挑戰(zhàn)和要求?
浙江大學(xué)王正仕:磁集成技術(shù)的目標(biāo)就是降低成本和減小體積,原來的電路結(jié)構(gòu)在這方面能挖掘的潛力已經(jīng)很有限。磁集成技術(shù)確實(shí)可以有效降低成、減小體積,但它也比分立磁件復(fù)雜得多,因?yàn)橄嗷ブg是有耦合的,比如控制一個(gè)輸出電壓,另外一個(gè)電壓解耦是比較復(fù)雜的,電磁兼容、散熱問題也更復(fù)雜,參數(shù)的設(shè)計(jì)需要兼顧的東西太多,優(yōu)化變得更困難;多合一集成還涉及到功率分配問題(如OBC+DCDC集成),尤其是DCDC有強(qiáng)制性功能安全要求,OBC磁集成產(chǎn)品的功能安全等級沒有這么高,系統(tǒng)優(yōu)化成本可能會(huì)更高,所以現(xiàn)在很多車載電源企業(yè)的產(chǎn)品線中,都是一款磁集成產(chǎn)品+多個(gè)獨(dú)立OBC產(chǎn)品的組合。
吉利極氪EMC專家朱工:磁集成方案我們也在做,對整個(gè)磁集成系統(tǒng)效率的提升,尤其是體積的減小和成本的降低所帶來的效果是十分明顯的。當(dāng)然在磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中也會(huì)碰到很多問題,比如效率、功率、磁路設(shè)計(jì)、熱管理、震動(dòng)、電磁兼容等——我只從我負(fù)責(zé)的電磁兼容角度來談,磁集成技術(shù)是給我們帶來了很大的挑戰(zhàn)。
主要有兩點(diǎn):一是磁集成技術(shù)限制了PCB板上功率器件的位置。以前用分立磁件,可以根據(jù)一定的邏輯去擺放,磁集成后,功率器件的位置只能按照集成磁件給你的空間去擺放了,造成了更多的干擾源,比如功率器件的VDS,就是D和S級之間產(chǎn)生快速變化的電壓,正常情況下,包括還有其他的干擾源,他們之間布的距離肯定更遠(yuǎn)一些,但磁集成技術(shù)打破了原來這種布線規(guī)則;二是從磁集成產(chǎn)品自身來看,變壓器自身是有一個(gè)傳導(dǎo)的共模電容,是由繞組和繞組之間的分布電容產(chǎn)生的,分立磁件只有一個(gè)原邊和副邊,就只有原副邊之間的寄生電容,磁集成以后,不同的變壓器靠的更近,它們的繞組相互之間也會(huì)影響,相比分立磁件,噪傳導(dǎo)到變得更大。
如何通過前期磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)去預(yù)知上面提到這兩種噪聲傳導(dǎo)有多大,這是我們現(xiàn)在遇到的問題,暫時(shí)只能通過測量,提出一些關(guān)鍵參數(shù)去優(yōu)化磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案,可能未來需要高校對這一問題進(jìn)行更深入的理論研究,并提出一些設(shè)計(jì)規(guī)則,比如說不同變壓器之間的磁路應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)、偏向什么角度,不同變壓器之間的繞組如何去避免相互影響。
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:磁集成技術(shù)屬于牽一發(fā)而動(dòng)全身的工作,它的傳導(dǎo)路徑、輻射路徑、哪里是薄弱環(huán)境,整個(gè)電路的分析、優(yōu)化都比分立磁件更復(fù)雜,必須要清楚電路的基本工況。因?yàn)樗⒉皇菃我坏募夹g(shù)了,需要考慮整體的優(yōu)化和所省成本之間的平衡,單獨(dú)去講其中任何一個(gè),可能都是有局限性的。
威海東興張洪偉:磁集成產(chǎn)品肯定是車載OBC首選,同時(shí)逐漸的普及到其他的開關(guān)電源應(yīng)用,進(jìn)一步小型化、高頻化、低損耗會(huì)是后面對磁性元件企業(yè)的要求,磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的挑戰(zhàn)也會(huì)越來越高;
磁性元件企業(yè)的設(shè)計(jì)能力會(huì)要求提高,需要磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師掌握磁仿真能力,驗(yàn)證磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理,同時(shí)要具備快速打樣的能力。
尚新融大李建江:目前OBC磁集成產(chǎn)品都是定制化的磁性元件,跟傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化磁件相比,這種定制化磁芯還沒有經(jīng)過大批量驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的可靠性,尤其是涉及到不同種類磁性材料的混合磁芯,其熱膨脹系數(shù)不一樣,可能造成磁芯在某些結(jié)構(gòu)上開裂,對磁芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求更高,也需要進(jìn)行磁芯結(jié)構(gòu)的仿真。
7.為了實(shí)現(xiàn)更高效率和更小體積,未來可能需要功率半導(dǎo)體和磁集成技術(shù)的進(jìn)一步突破,您覺得未來有沒有新的電路拓?fù)浠蛘呒啥雀叩拇偶煞桨福?/strong>
臺(tái)達(dá)電子楊海軍:肯定會(huì)有更高集成度的磁集成方案,我們也在做相關(guān)的預(yù)研,但具體的細(xì)節(jié)還不方便透露太多,比如1M、甚至2M、3M Hz等更高的頻率,PCB埋磁等非傳統(tǒng)繞線方式,做成模塊化產(chǎn)品,11kW、22kW可能采用多模塊合成的方式。
威海東興張洪偉:半導(dǎo)體高頻低損耗已經(jīng)突破,磁芯元件的瓶頸后面肯定會(huì)凸顯出來,高頻化,會(huì)將磁性元器件分布參數(shù)的害處放大,需要通過高度磁集成技術(shù)和將半導(dǎo)體跟器件連接距離都要結(jié)合在一起優(yōu)化,磁性元件結(jié)合平面變壓器和磁集成技術(shù)的方案應(yīng)用會(huì)有更多的施展空間,東興成立廣東的研發(fā)中心,重要目的也是在這個(gè)方面希望能夠輔助到電源的發(fā)展。
尚新融大李建江:隨著PCB板工藝的進(jìn)步,未來磁性元件會(huì)越來越少,磁芯會(huì)直接封裝到多層PCB板上形成模塊電源,變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功率控制器,大功率電源則會(huì)采用小模塊并聯(lián)的方式去實(shí)現(xiàn),我認(rèn)為這是一個(gè)必然的趨勢。
部分車載OBC電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
結(jié)語
綜合對話嘉賓的觀點(diǎn)看,目前車載OBC磁集成產(chǎn)品主要集中在前級PFC電路的電感,以及后級LLC或其他類似功能電路中主變壓器和諧振電感的集成,集成方式分為解耦集成(物理集成)和耦合集成,后者集成難度更高,對磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力要求也更高,解耦集成是目前大多數(shù)廠商采用的主流磁集成方案;
磁集成后:
數(shù)量上,磁集成使功率磁性元件大概減少一半;
磁集成產(chǎn)品體積上大概縮小10%-20%;
磁集成技術(shù)成本上大概降低10%-20%;
磁集成效率上提升相對沒有那么明顯,并未深入討論。根據(jù)此前的采訪,提升幅度大致為1%-1.5%;
磁集成技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程,按照目前的磁集成技術(shù)水平及工藝條件,需要綜合考慮優(yōu)化磁集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)各方面的成本與所節(jié)約成本之間的平衡;
未來,隨著磁集成技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈上下游設(shè)計(jì)能力、工藝水平的提高,更高集成度的方案,比如采用埋磁的標(biāo)準(zhǔn)化板載模塊電源,有可能會(huì)重塑當(dāng)前磁性元件行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。
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審核編輯 黃宇
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