磁集成技术对软磁材料有何要求？

随着电力电子设备向高频化、小型化和高功率密度方向快速发展，磁集成技术（Magnetic Integration）成为突破传统磁性元件体积与效率限制的核心手段。该技术通过将电感、变压器、滤波器等磁性元件集成到单一磁芯或复合结构中，显著降低系统损耗并提升功率密度，已广泛应用于新能源汽车、5G通信电源、数据中心及消费电子等领域。

然而，磁集成技术依然摆脱不了对软磁材料性能升级的要求。传统软磁材料（如铁氧体、硅钢）在高频、高温、强磁场等极端工况下暴露出明显短板，倒逼材料科学界与产业界协同创新。

此前，磁技术专业委员会名誉主任委员、福州大学陈为教授在第11届功率变换器与磁性元件联合学术年会等公开场合在谈及当前国内软磁材料现状时，给出的评价是“能用”。这可以说是对国内软磁材料现状最贴切的评价了。

本文将系统性解析磁集成对软磁材料关键性能的要求，并探讨未来材料创新的潜在路径。

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磁集成的核心需求与软磁材料性能的协同关系

磁集成技术的本质是通过结构设计与软磁材料优化，实现电磁能量的高效传递与损耗最小化。磁集成核心需求与软磁材料性能的协同关系如下表所示：

磁集成核心需求与软磁材料性能的关系，《磁性元件与电源》整理

需要强调的是，磁集成对软磁材料的要求，不再是传统磁性元件设计过程中一一对应的静态映射关系，而技术需求与材料性能之间的动态平衡与迭代优化。

以高频化为例，高频化技术要求软磁材料必须具有低涡流损耗（否则损耗剧增）和高磁导率（否则能量传递效率低）。

磁集成技术要实现高频化、小型化、高可靠性等目标，必须依赖软磁材料的关键性能参数（如饱和磁通密度Bs、损耗、温度稳定性等），而软磁材料性能的短板又会限制磁集成的设计边界，形成“需求-性能”的双向制约与适配关系。

而从系统层面，磁集成技术的实现需要电力电子、材料科学、热管理等多领域的交叉协作，而非单一维度的参数匹配。

国家级电气工程高级工程师、中国电源学会磁技术专委会委员、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表示，目前工程师只能在设计目标与软磁材料性能参数之间，通过双向适配与妥协达成整体最优，从这个角度而言，未来软磁材料的创新或提升空间依然很大。

高频低损耗：软磁材料的“生死线”

磁集成设计过程中，损耗增加是目前较为棘手的问题。此前英搏尔CTO高军表示，当下比较流行的漏感集成方案中，原边磁场会以非耦合方式进入副边进而产生杂散磁场，且漏感的磁场会切割线包，加上电感的磁场叠加，导致高频损耗非常大。

而在高频磁集成场景（如MHz级开关电源）中，磁芯损耗（包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗）占总系统损耗的30%以上，成为制约效率提升的关键因素。

浙江工业大学磁电功能材料研究所应耀副教授在介绍其高频低损耗铁氧体软磁材料时提到，剩余损耗的急剧增加，导致功率器件的过度发热和能效的降低，剩余损耗就必须要考虑了，需要同时降低磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。

可以说，高频下损耗急剧增加是限制锰锌铁氧体软磁材料高频应用的主要障碍，也限制了磁集成向更广的领域普及。

若现有软磁材料无法满足低损耗（如铁氧体软磁材料在1MHz下涡流损耗过高），磁集成的高频化设计将被迫妥协，例如降低工作频率、增加散热成本或采取其他折中方案。

这种现象在配合第三代半导体器件的方案中尤为明显。

为此，院校、产业界也进行了多方尝试。

应耀教授团队修正后的软磁材料高频损耗分离公式

比如应耀教授团队通过在锰锌铁氧体软磁材料中适量添加YIG，起始磁导率分别提高了28.2%和13.9%，降低了高频损耗，在1 MHz和3 MHz的室温损耗分别降低了56.4% and 36.6%，在25–140◦C温度范围内也保持低损耗，并提高了晶界电阻Rgb，极大地降低了软磁材料的涡流损耗。

不同软磁材料因其物理特性和微观结构差异，需软磁材料企业采用针对性的方法降低损耗。

总体而言，不同软磁材料的降损需结合材料本征特性与工艺创新。以下是我们梳理的不同软磁材料领域权威专家提到的降损策略：

三类软磁材料降损策略对比

未来，跨材料复合与原子级结构设计若能取得突破，则是降低高频损耗极限的关键，届时将进一步推动磁集成技术的普及应用。

低磁致伸缩效应：静音与精密的基石

磁致伸缩效应（软磁材料磁化时发生形变）是高频振动与噪声的主要来源，这是不同类型软磁材料的本征特性，对无线充电、医疗设备等场景尤为关键。

软磁材料磁致伸缩系数（λs）对比

不同软磁材料的磁致伸缩系数，也从根本上限制了其应用场景。

海来布曲告诉《磁性元件与电源》，非晶合金磁芯之所以没有突破，原因就在于其磁致伸缩系数较大，高频下啸叫严重，包括铁基类的非晶材料都存在这一问题。

除了软磁材料本征特性外，磁集成后也会对原有噪声源产生叠加效应，使其变得更复杂。

此前《磁性元件与电源》在采访吉利极氪的一位EMC专家时，其就表示：

一是元器件相互干扰现象更加严重。由于磁集成产后品体积缩小，各元器件之间的距离更加紧密，这也导致各个元器件之间形成了的噪声干扰变得更大。而且磁集成产品限制了功率器件在板上的位置，导致功率器件的VDS，即D极和S极产生的快速变化电压也成了新增干扰源。

二是从磁性元件本身杂散电容更大且更为复杂。独立的磁性元件，其杂散电容主要由原边和副边的分布电容产生，来源单一，处理起来也比较容易。而磁集成产品集成了多个磁性元件，比如变压器+电感、电感+电感等等，导致杂散电容更大更复杂，处理起来也更难。

磁致伸缩效应作为软磁材料的本征特性，直接决定了高频场景下的噪声水平，而磁集成技术的引入，更将这一矛盾推向极致——软磁材料本身的“先天不足”与系统集成的“后天干扰”形成双重夹击。唯有将软磁材料材料革新与结构创新深度绑定，方能打破“高频必噪”的魔咒，才能进一步拓宽磁集成技术的适用范围。

可加工性与成本：产业落地的“最后一公里”

即使材料性能优越，若无法低成本加工成复杂磁芯结构，仍难实现商业化应用。

磁集成元件的可加工性直接影响量产效率与良率，尤其在复杂磁芯结构、高频应用场景中更为突出。

各种软磁材料加工性能对比与挑战

从制造角度看，铁氧体软磁材料烧结后脆性高，易出现崩边问题，尤其是平面磁芯薄片（<1mm）加工良率仅60%-70%。

惠州市安可远磁性器件有限公司(下称“安可远”)总经理王理平接受《磁性元件与电源》采访时表示，金属磁粉芯由于没有烧结工艺，通过强压力压制成型，需要高制密性才能做出高质量的磁芯产品，对压制设备的压强要求高。据了解，目前业界出现成型压强高达25 吨/平方厘米的磁芯产品。

这导致其制造过程面临一系列问题，一是设备成本高昂，二是制造效率低，三是能一体成型的体积或尺寸小，以纯圆形磁芯为例，能一体成型的最大直径尺寸在55mm左右。这一系列问题导致金属磁粉芯的制造成本更高。

而非晶纳米晶软磁材料脆性大，同样面临传统冲压易开裂；纳米晶需退火处理，工艺复杂度高，同样面临材料成本高的问题。

广州胜美达电机有限公司中国新事业部研发经理胡尉灿在接受《磁性元件与电源》采访时提到，早期POC电感用的工字型铁氧体磁芯，通常会结合磁仿真和实际应用，在理想型设计结构上调大R角或增加其他改善方式。

而磁集成后，通常会面临更复杂的磁芯结构。

胡尉灿表示，此前参观磁芯企业时，曾见过一种应用于海外逆变器项目的磁芯，在类似于EE型磁芯结构的基础上增加了扎边，并开风洞以解决散热问题，整体结构特别复杂，磁芯企业也反馈加工难度剧增。

胡尉灿举了另外一个案例：近期还出现了一种厚度不到0.1mm的超薄铁氧体片式磁芯，其制造采用类似于注塑的新工艺，在胶体注塑过程中带上铁粉固定，这种工艺比较适合于复杂磁芯的生产制造。

这种更复杂的产品结构，让加工难度和成本都增加不少。胡尉灿告诉《磁性元件与电源》，胜美达一款应用于车载驱动的励磁变压器，仅磁芯加工成本就超过130元。

无论是哪种软磁材料，磁集成后都面临加工难度、加工成本上升的问题，尤其是磁芯一体成型的难度大大增加，需要业界探索更先进的制造工艺才能满足制造需求。

否则对于电源设计工程师而言，只能在性能与现实工艺之间被迫妥协，如履薄冰地寻求平衡点。

结语：材料-器件-系统的协同进化

磁集成技术对软磁材料的要求已从单一性能指标转向“高频-高Bs-高温-易加工”的多目标协同优化。未来，软磁材料厂商需与电源端深度合作，通过跨尺度设计（从原子级掺杂到宏观电路拓扑结构优化），推动软磁材料进入“按需定制”的新纪元。唯有如此，方能满足高效能量转换的终极需求。

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审核编辑 黄宇