PCB 绕组变压器高频场景应用潜力还有多大？

PCB绕组变压器是一种利用印刷电路板（PCB）技术制造的新型变压器，通过将绕组集成在PCB的铜层中，替代传统的绕线工艺，其发展历程与电子行业的高频化、小型化、集成化需求密切相关。

为小型化而生的技术

传统变压器通常带有带骨架，采用传统的绕线方式，而PCB绕组变压器既没有骨架，也不需要绕线。

21 世纪初，PCB制造工艺不断进步，如多层 PCB 技术、高精度蚀刻技术的发展，为 PCB 绕组变压器的发展提供了有力支持。当时，工程师基于PCB技术解决电子设备布线的思路，将绕组集成到PCB内部，再装上磁芯即可完成变压器的制造。

东莞倍诚信电器有限公司研发工程师王尧告诉《磁性元件与电源》，“PCB 绕组变压器应该是在 2000 年左右开始慢慢地兴起。”

可以说，这就是一项为变压器小型化而生的技术。

同时，磁性材料的性能也不断提高，使得 PCB 绕组变压器的性能得到了显著提升。这一时期，PCB 绕组变压器开始在更多领域得到应用，如通信设备、计算机电源等。

比如，当年Delta公司的DC-DC模块就采用过这种PCB绕组变压器。

PCB绕组变压器，图片来源：慧华

PCB绕组变压器的优势

相较于传统变压器，PCB绕组变压器有着诸多优势。

减少生产工序。PCB 绕组变压器减少了剥漆、绕线、套管、点胶、烘烤等诸多工序，不仅成本优势显著，而且结构更为简洁。

提高变压器功率密度。相同功率下，PCB绕组变压器能保持更小的体积，在性能与成本上展现出强大的竞争力。

王尧提到，相比传统变压器，同样体积下PCB绕组变压器功率可以提升50%以上。

提高变压器效率。王尧表示，传统变压器效率最高只能做到92%，而PCB 绕组变压器可以做到 95% 以上，叠片平板变压器可以做到 98% 以上。

降低变压器高度。在降低变压器高度方面，PCB绕组变压器表现优异。国家级电气工程高级工程师、惠州市磁极新能源科技有限公司（简称“磁极新能源”）研发总经理海来布曲告诉《磁性元件与电源》，“对比原来的绕组方案，变压器高度可大大降低。我们有一款PCB变压器产品，通过采用PCB绕组方案，其高度从10mm降至了5mm以下。”

一致性强。PCB绕组变压器工艺公差可控在±5%以内，远优于人工绕线的±20%公差。

PCB绕组变压器通过工艺革新实现了多维突破，其核心优势体现在制造、性能与结构三大维度。这些技术特质使其在工业、医疗等高可靠性领域形成不可替代的竞争优势，为电子设备小型化与高频化演进提供了关键支撑。

PCB绕组变压器的应用场景

性能和体积上的优势，也让PCB绕组变压器此后逐渐崭露头角。

新能源汽车与充电设施。这种产品最早出现在汽车领域，据王尧介绍，“汽车作为大宗消耗品，附加值较高，使得整机企业能够投入更多研发资金用于推动产品升级。因此，这类产品最早便应用于汽车领域。”

新能源汽车因空间限制，同样需高度集成的磁性元件，而PCB绕组变压器可显著减少体积。

比如当下双向车载OBC比较典型的做法是从高压侧和低压侧取电，以此为整个控制器电路供电，变压器已成为制约电机控制器高度的关键因素。

杭州普晶电子科技有限公司基于这一痛点，设计一款最低高度为7 mm的磁集成PCB绕组变压器产品，并已着手设计更低高度的变压器方案。

磁集成PCB绕组变压器产品，图片来源：普晶电子

磁集成PCB绕组变压器产品，图片来源：普晶电子

通信电源。后来，华为、中兴在基站电源中也开始逐步采用这种PCB绕组变压器，利用PCB绕组变压器的高频特性与低损耗优势优化电源模块性能，满足高频化需求。

通信电源需满足低电压大电流、高效稳压、散热管理及高可靠性等严苛要求，PCB绕组变压器通过多层PCB布局、高频磁芯材料及集成化设计，可显著缩小体积、降低传导损耗，并提升散热效率，成为解决上述问题的理想选择。

例如针对大电流需求（如20A以上），采用多相拓扑结构，通过相位交错减少纹波电流，通过多个控制器并联实现高电流输出，PCB绕组变压器在此类设计中提供紧凑的磁集成解决方案。

光伏与储能逆变器。高频、高功率密度的PCB绕组设计适配光伏与储能逆变器，优化能量转换效率，并满足耐高温、高耐压等要求。

比如深圳市永创星科技有限公司开发的超薄平面变压器，结合了初级印刷PCB、次级铜箔塑胶封装等两种不同工艺，形成的线圈可通过更大的电流，可有效解决传统绕线变压器制造工艺的难题，符合光伏逆变器对低压大电流元器件产品的需求。

消费电子与便携设备。如华为65W氮化镓快充等小功率产品，采用PCB绕组方案以提升功率密度并缩小体积，满足便携设备对轻薄短小的需求。

工业自动化与电力设备。海来布曲此前曾提到过轨道交通的辅助变压器应用案例，需耐受15000V高压，需采用特殊绝缘材料的PCB板实现。

尤其是在母线式低压电源上，PCB绕组变压器凭借其体积小巧、结构简单等多方面的优势，应用逐步成熟。

而据王尧还告诉《磁性元件与电源》，“PCB绕组变压器在工业、医疗、军工领域应用最为广泛，因为这些场景可靠性要求比较高。”

PCB 绕组变压器凭借性能与体积优势，从汽车领域起步。汽车行业高附加值驱动产品升级，使其率先应用于此。此后，应用领域不断拓展，在基站电源、工业、消费电子等场景发挥作用；在母线式低压电源中，其优势凸显，在小功率段产品中也有应用。

海来布曲也提到，这种产品结构的主要用于辅助变压器、小电流电感产品，应用于化成电源、手机充电器等小功率段产品。

目前，PCB绕组变压器主要市场应分为消费电子、新能源汽车、可再生能源、工业自动化和通信电源这五个大类。

一些公开数据显示，2022年PCB变压器市场规模为31亿美元，预计到2030年将达到57亿美元，受益于电动汽车、可再生能源及消费电子的持续需求，预计从2025年到2030年，其复合年增长率为8.1%。

PCB绕组变压器的挑战

不过，PCB绕组变压器也有其局限性。

一般而言，PCB板铜箔厚度要求在2-5oz（盎司），这也就限制了PCB绕组变压器的功率上限和散热能力，其单颗PCB绕组变压器或者说单层板的功率上限约200W，100W以上的应用需集成散热孔或金属基板。

但这就会增加PCB绕组的制作成本。一般工业和医疗多采用 FR4 环氧板，比如一些高端精密工业设备及航空航天则可能使用铝基板，成本要至少要翻一番。

加上其结构简单的特点，导致PCB绕组变压器也无法适应复杂磁路的应用。

业内一位工程师Enargy告诉《磁性元件与电源》，这种产品20年前就曾在3000W电源上大批量生产过，由于没有达到理想的减小体积、降低成本等目标，且无法适应复杂磁路的应用，故后续迭代版本逐渐被舍弃。

也正是由于PCB绕组变压器存在功率和散热局限性，如果功率进一步提高，考虑到散热问题，就不能再用PCB绕组的形式。

为突破PCB绕组变压器的功率限制，2005年左右业内开发出PCB技术的升级版本——改用叠片的形式，用铜片一层一层叠起来，也就是现在我们所说的平面变压器，从而可以实现更大的功率。

近两年，随着磁集成技术逐步渗透到大功率模块电源场景，PCB绕组变压器也再度引起工程师的重视。

我们注意到，目前市面上已经出现一种PCB板+绕组/线饼结构的新式磁集成PCB绕组变压器。

一种新形式的PCB绕组变压器，图片来源：慧华

据提供图片的平面变压器刘工介绍，这是一款集成了变压器与电感的磁集成产品。

类似的产品结构，国内有很多变压器企业在生产。

相比于绕组的磁集成变压器，这种产品体积更小巧，而且通过PCB板+线圈的形式，也可在一定程度上解决绕组式磁集成变压器自动化绕线难度增加的问题。

据王尧介绍，目前平面变压器在实际应用中的占比估计在50%左右，未来其占比可能会进一步提高至70%左右。

PCB绕组未来的应用潜力

有一点值得注意的是，PCB绕组变压器高频性能卓越，这一点无疑契合了第三代半导体器件的普及应用，可帮助磁性元件解决兆赫兹频率下的高频损耗问题。

PCB绕组变压器支持1-10MHz开关频率，效率可达95%以上，传统绕线变压器通常限于100kHz以下。

比如华为5G基站电源，AAU电源模块就是通过PCB绕组变压器实现MHz级隔离转换。

而近两年一些新型材料的出现，将进一步放大PCB绕组变压器的高频特性。

比如碳氢树脂/陶瓷填充材料可实现GHz级射频变压器，纳米晶复合材料可将高频损耗降低30%等等，都为PCB绕组变压器在高频场景的应用打下了基础，更多高频低损耗的PCB绕组变压器则有待业界工程师进一步挖掘。

结语

PCB绕组变压器通过工艺革新与材料突破，正在改写电力电子系统的设计规则。尽管面临功率与成本限制，但其在高频、小型化场景的不可替代性已充分显现。随着宽禁带半导体（GaN/SiC）的普及，PCB绕组技术有望成为下一代高效能源系统的核心支柱。

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审核编辑 黄宇