充电桩模块电源功率1000kW！磁集成如何缩小体积

近日，比亚迪在超充技术领域的最新突破引发了行业的广泛关注。3月9日，博主@常岩 CY在微博上曝光了一张据称是比亚迪新款超充设备的照片，该设备电压高达1000V，功率更是达到了1000kW。

这意味着，随着超充功率的不断提升，模块电源的体积和重量也随之增加，这不仅限制了超充设备的安装和布局，也对充电桩的散热和稳定性提出了更高的要求。

01 1000kW的充电桩模块电源高度达1.5米

目前市场上应用较为广泛的单模块电源功率为20kW/30kW/40kW，其中30kW模块电源应用较多，而40kW模块电源的出货量也在逐月增长。

未来，充电桩模块电源的发展趋势是向60kW甚至更高功率迈进。随着功率的提升，模块电源的体积也将相应增大。

以华为40kW模块电源（R100040G2）为例，该模块电源峰值效率为96.25%，尺寸为218mm×438mm×120mm。若要构建一个1000kW的充电桩，需要25个40kW的模块电源。如果将这些模块电源摆成两排，每排至少需要摆放13个模块电源，组装后高度是1560mm，宽度是436mm，长度是438mm。

这仅仅是充电桩模块电源的体积，若算上柜体、散热系统等其他组件的体积，整个充电桩的体积将更为庞大。无论是商用充电桩还是家用充电桩，如此大的体积和占地面积都极为不便，不利于推广。

因此，充电桩模块电源的小型化变得至关重要。

02磁集成技术可使模块电源体积缩小20%以上

充电桩模块里面用到多种磁性元器件，主要有PFC电感、主变压器、谐振电感、差模电感、共模电感。

一个40kW的充电桩模块电源通常会用到5-10个磁性元器件。具体数量取决于电路设计和是否采用磁集成技术。

传统充电桩模块电源中，PFC电感、主变压器、谐振电感等磁性元件通常是独立设计和制造的，每个元件都有自己的磁芯和绕组。

在传统的充电桩模块电源设计中，磁性元件通常占据模块体积的30%-50%，这是因为磁性元件本身体积较大，且需要独立的磁芯和绕组，占据了相当大的空间。

磁集成技术将这些元件的功能集成到一个共享磁路的磁性组件中，减少了磁芯数量和绕组空间，从而大幅缩小了整体体积。从目前已推出市面的部分磁集成产品来看，体积可缩小20%以上。

以泰科斯德磁集成方案为例，该方案主要通过利用漏感，将谐振电感集成到变压器上，这种设计适用于CLLLC和LLC等单双向电路拓扑结构，统称为“漏感磁集成”。

这种方案在模块电源的空间和成本方面具有显著优势，具体特点如下：一是漏感能够灵活调节，可占电感总量的10%-20%；二是无需额外增加磁芯和绕组，可完全省去谐振电感的成本；三是不影响变压器的耦合效率，确保其高效运行。

总体而言，该方案可使模块电源体积减少20%-30%，同时完全节省谐振电感的成本。

从实现路径上而言，虽然各家企业磁集成产品方案在电路拓扑细节方面略有差别，但总体上不脱离前级PFC+后级LLC(或CLLLC)的电路拓扑结构。

其中前级PFC功率电路中3颗电感可通过共用磁路方式实现集成以缩小体积，后级LLC(或CLLLC)电路中可通过主变压器+谐振电感集成以实现降低成本、减小体积的目的。

磁集成产品 图源：超越精密

03 散热成为磁集成技术的瓶颈问题

磁集成技术虽然能够缩小体积，但也带来了显著的散热挑战。

随着功率从30kW提升至40kW甚至60kW，功率密度可能高达68W/cm³。在这种高功率密度下，散热问题变得更加复杂。原本独立的变压器和电感可以分别散热，而集成后，散热面积减小，热量却未减少，散热条件变得更加严苛。若不进行针对性的散热优化设计，散热问题将成为限制磁集成技术发展的关键瓶颈。

为解决这一问题，业界正在探索多种散热优化路径。例如，通过优化磁芯和绕组设计，让发热部位更贴近散热水道，降低线损和铁损。此外，采用新型散热材料或技术，如高导热灌胶、顶部散热或双面散热封装形式，也能有效提升散热效率。

在新能源汽车快速发展的当下，充电技术的突破已成为行业竞争的关键。从电子变压器、电感行业角度而言，磁集成技术能够从有效降低电源产品的体积、成本，以及提高效率，以满足终端产品日益攀升的技术要求。

但也面临着技术挑战，未来，磁集成产品将朝着更高的功率密度、更小的体积和更高的效率方向发展。散热效果更优、体积更小、效率更高的磁集成产品将更具市场竞争力。

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审核编辑 黄宇