過去，PCBA（印刷電路板組裝）面臨諸多痛點(diǎn)問題，尤其是在變壓器、電感器的應(yīng)用中，多個(gè)電感、變壓器的應(yīng)用使得體積較大，導(dǎo)致整個(gè)PCBA模塊體積龐大，難以滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品對(duì)小型化的要求。

此外，傳統(tǒng)電感、變壓器的結(jié)構(gòu)中，存在體積大、轉(zhuǎn)換效率低，以及工藝復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等痛點(diǎn)問題。磁集成技術(shù)出現(xiàn)后，可通過將多個(gè)電感變壓器集成到一個(gè)磁芯上，并且可以將電感變壓器與PCBA電路板上的器件集成到一起，可有效解決上述痛點(diǎn)問題。

01 磁集成原理分析

磁集成技術(shù)的原理是將兩個(gè)或以上的分立磁性元器件集成在一起，通過磁路共用或磁通抵消的方式，降低產(chǎn)品體積及紋波。

由電路圖可知，變壓器端采用兩個(gè)變壓器并聯(lián)工作，工作模態(tài)相同，共用諧振電感，實(shí)現(xiàn)兩路變壓器及諧振電感集成。磁路共用可以使磁芯體積減少23%。

磁集成技術(shù)可通過三種方式實(shí)現(xiàn)：

一是繞組集成：將多個(gè)繞組集成在同一個(gè)磁芯上，減少磁性元器件的數(shù)量；

二是磁路共享：通過設(shè)計(jì)合理的磁路，使磁芯的磁通密度分布更加均勻，提高磁芯利用率；

三是解耦設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化繞組布局和磁路結(jié)構(gòu)，減少繞組之間的耦合效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)功能上的獨(dú)立性。

02 PCBA集成化

PCBA（印刷電路板組裝）是指將各種電子元器件通過表面貼裝技術(shù)或通孔插裝技術(shù)等方法固定并焊接在印刷電路板上，形成具備特定功能的電子模塊。

而PCBA集成化則是將多個(gè)功能模塊或電子元件高度集成到一塊電路板上，以實(shí)現(xiàn)更小的體積、更高的性能和更強(qiáng)的功能。隨著PCB板工藝的進(jìn)步，未來的磁性元器件使用量將越來越少，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。

目前PCBA的磁集成方式主要有PCB繞組、平面變壓器結(jié)構(gòu)、芯片與繞組集成、封裝與固定等方式。如驅(qū)動(dòng)芯片與諧振電容與變壓器初級(jí)繞組串聯(lián)，可以將電容、電阻、IC等器件與變壓器初級(jí)集成在同一PCB上，并平均分布在多層上，以降低占板面積。

圖中展示了驅(qū)動(dòng)芯片、諧振電容和變壓器初級(jí)繞組的磁集成方式，以及如何將容阻件及IC均勻分布在多層板上，隨著集成層數(shù)的增加，占板面積成倍減少。

有實(shí)際測(cè)試表明，PCBA磁集成化后的最大效率可以達(dá)到97.42%。

此外，PCBA磁集成化后功率密度得到顯著提升，產(chǎn)品體積減少22%，功率密度從96 W/cm3提升到117 W/cm3。轉(zhuǎn)換效率在不同負(fù)載下的表現(xiàn)也非常好，從97.08%到97.42%不等。

從生產(chǎn)工藝角度而言，通過簡(jiǎn)化焊接及組裝工藝后，便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和降低成本。

03 結(jié)語

與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，磁集成后的設(shè)計(jì)，能夠減少組件數(shù)量，簡(jiǎn)化組裝過程，運(yùn)用磁集成技術(shù)后能夠?qū)崿F(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。從磁集成應(yīng)用場(chǎng)景來看，磁集成技術(shù)可廣泛應(yīng)用于新能源汽車、光伏、儲(chǔ)能、充電樁等新興領(lǐng)域。

由于目前磁集成應(yīng)用還處于初步嘗試階段，解耦集成是目前大多數(shù)廠商采用的主流磁集成方案，而耦合集成難度更高，對(duì)磁集成產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力要求也更高。

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)能力和磁集成工藝水平的提高，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)。需要注意的是，磁集成技術(shù)并不適用于所有的應(yīng)用場(chǎng)合，需要通過理論來辨別磁集成真正能落地的地方。

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審核編輯 黃宇