磁集成技术如何助力PCBA缩小体积？

过去，PCBA（印刷电路板组装）面临诸多痛点问题，尤其是在变压器、电感器的应用中，多个电感、变压器的应用使得体积较大，导致整个PCBA模块体积庞大，难以满足现代电子产品对小型化的要求。

此外，传统电感、变压器的结构中，存在体积大、转换效率低，以及工艺复杂，难以实现自动化等痛点问题。磁集成技术出现后，可通过将多个电感变压器集成到一个磁芯上，并且可以将电感变压器与PCBA电路板上的器件集成到一起，可有效解决上述痛点问题。

01 磁集成原理分析

磁集成技术的原理是将两个或以上的分立磁性元器件集成在一起，通过磁路共用或磁通抵消的方式，降低产品体积及纹波。

由电路图可知，变压器端采用两个变压器并联工作，工作模态相同，共用谐振电感，实现两路变压器及谐振电感集成。磁路共用可以使磁芯体积减少23%。

磁集成技术可通过三种方式实现：

一是绕组集成：将多个绕组集成在同一个磁芯上，减少磁性元器件的数量；

二是磁路共享：通过设计合理的磁路，使磁芯的磁通密度分布更加均匀，提高磁芯利用率；

三是解耦设计，通过优化绕组布局和磁路结构，减少绕组之间的耦合效应，从而实现功能上的独立性。

02 PCBA集成化

PCBA（印刷电路板组装）是指将各种电子元器件通过表面贴装技术或通孔插装技术等方法固定并焊接在印刷电路板上，形成具备特定功能的电子模块。

而PCBA集成化则是将多个功能模块或电子元件高度集成到一块电路板上，以实现更小的体积、更高的性能和更强的功能。随着PCB板工艺的进步，未来的磁性元器件使用量将越来越少，磁芯会直接封装到多层PCB板上形成模块电源，变成一个标准的功率控制器。

目前PCBA的磁集成方式主要有PCB绕组、平面变压器结构、芯片与绕组集成、封装与固定等方式。如驱动芯片与谐振电容与变压器初级绕组串联，可以将电容、电阻、IC等器件与变压器初级集成在同一PCB上，并平均分布在多层上，以降低占板面积。

图中展示了驱动芯片、谐振电容和变压器初级绕组的磁集成方式，以及如何将容阻件及IC均匀分布在多层板上，随着集成层数的增加，占板面积成倍减少。

有实际测试表明，PCBA磁集成化后的最大效率可以达到97.42%。

此外，PCBA磁集成化后功率密度得到显著提升，产品体积减少22%，功率密度从96 W/cm³提升到117 W/cm³。转换效率在不同负载下的表现也非常好，从97.08%到97.42%不等。

从生产工艺角度而言，通过简化焊接及组装工艺后，便可以实现自动化生产，提高生产效率和降低成本。

03 结语

与传统结构相比，磁集成后的设计，能够减少组件数量，简化组装过程，运用磁集成技术后能够实现了自动化生产。从磁集成应用场景来看，磁集成技术可广泛应用于新能源汽车、光伏、储能、充电桩等新兴领域。

由于目前磁集成应用还处于初步尝试阶段，解耦集成是目前大多数厂商采用的主流磁集成方案，而耦合集成难度更高，对磁集成产品设计能力要求也更高。

磁集成技术是一个系统性的工程，按照目前的磁集成技术水平及工艺条件，需要综合考虑优化磁集成技术产业系统各方面的成本与所节约成本之间的平衡。

未来，随着磁集成技术产业链上下游设计能力和磁集成工艺水平的提高，更高集成度的方案，比如采用埋磁的标准化板载模块电源，有可能会重塑当前磁性元件行业的产业链生态。需要注意的是，磁集成技术并不适用于所有的应用场合，需要通过理论来辨别磁集成真正能落地的地方。

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审核编辑 黄宇