以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體材料可使得器件適用于高頻高溫的應(yīng)用場(chǎng)景。氮化鎵的特性成為超高頻器件的極佳選擇，主要應(yīng)用在服務(wù)器電源、數(shù)據(jù)中心、5G基站等領(lǐng)域。

當(dāng)前，高頻驅(qū)動(dòng)下的第三代半導(dǎo)體服務(wù)器電源芯片目前較為容易滿足，但電感器與電子變壓器在高頻化下?lián)p耗會(huì)更大，制約了第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源的普及應(yīng)用。

本期《對(duì)話》，圍繞“磁性元器件如何提高頻率與降低損耗，以跟上第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源領(lǐng)域的發(fā)展步伐”，通過(guò)行業(yè)內(nèi)權(quán)威教授、服務(wù)器電源廠商、磁性元器件廠商、磁芯廠商以及線材廠商的對(duì)話，探究使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)磁性材料提出了哪些要求、磁性材料廠商如何應(yīng)對(duì)及未來(lái)第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)和難點(diǎn)。圍繞上述問(wèn)題進(jìn)行探討，為深耕這一行業(yè)的從業(yè)者進(jìn)一步了解服務(wù)器電源行業(yè)生態(tài)進(jìn)行力所能及的點(diǎn)撥。

對(duì)話嘉賓：

對(duì)話導(dǎo)覽：

一、第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源的應(yīng)用現(xiàn)狀

二、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)電感變壓器提出的要求

三、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)磁芯提出的要求

四、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)線材提出的要求

五、第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源領(lǐng)域的發(fā)展前景及趨勢(shì)

對(duì)話內(nèi)容：

一、第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源的應(yīng)用現(xiàn)狀

服務(wù)器電源功率從300W—3000W都有，目前服務(wù)器電源主流功率段大概是多少？未來(lái)服務(wù)器電源功率有沒(méi)有可能往更高發(fā)展？

歐陸通張新芳：服務(wù)器電源主流功率為800W—2000W，現(xiàn)在已在開(kāi)發(fā)3200W，會(huì)往高功率發(fā)展，但需求量不會(huì)那么快。

長(zhǎng)城科技王永安：目前服務(wù)器電源有單獨(dú)使用也有并聯(lián)使用的。當(dāng)前服務(wù)器電源主流功率段在600W—1000W左右，并聯(lián)使用后使功率加倍。未來(lái)功率可以往更高發(fā)展，單個(gè)服務(wù)器電源功率做的更大之后，其單位功率的成本可以降低。

二、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)電感變壓器提出的要求

1、為順應(yīng)第三代半導(dǎo)體材料發(fā)展需求，需要對(duì)服務(wù)器電源的電感變壓器重新設(shè)計(jì)，您認(rèn)為對(duì)電感變壓器提出哪些設(shè)計(jì)要求？

福州大學(xué)陳為：采用第三代半導(dǎo)體器件后，服務(wù)器電源開(kāi)關(guān)頻率提高，可以降低磁元件體積，提高功率密度。但高頻下，體積有所減小，但磁元件損耗顯著增大，這就要求開(kāi)發(fā)和采用適應(yīng)高頻的磁芯以降低磁芯損耗，優(yōu)化繞組涉及以降低繞組損耗，同時(shí)要關(guān)注磁性元件的散熱。此外，采用氮化鎵器件，除了開(kāi)關(guān)頻率提高外，開(kāi)關(guān)過(guò)程的上升沿也會(huì)變陡，增大了電磁干擾的頻譜頻率和幅值，這就對(duì)電磁干擾濾波器提出了更高的性能要求，需要關(guān)注更寬頻段的插入損耗特性，也就是要更加關(guān)注電磁干擾濾波電感器的雜散分布參數(shù)控制。

浙江工業(yè)大學(xué)車聲雷：服務(wù)器電源到高頻階段，變壓器的形狀基本上朝著平面變壓器變化。也就是說(shuō)變壓器腿部變短，背板變大，這樣使得變壓器暴露在外邊的部分面積增加，散熱變快。加上尺寸較短，整體來(lái)說(shuō)損耗能降低一些。

歐陸通張新芳：電感變壓器需要更扁平化，集成化設(shè)計(jì)，配套的電感變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)就需要考慮更高的工作頻率范圍，如確保高頻、高溫工作狀態(tài)下的磁芯不致飽和，所用線圈材料能承受足夠的耐溫，電感變壓器的結(jié)構(gòu)需確保既可滿足高溫、高功率密度的要求，又不致在高頻下出現(xiàn)分布參數(shù)的負(fù)面影響。

艾默生聶洪濤：這個(gè)得看具體情況。為了實(shí)現(xiàn)不同的功效，有些屏蔽效果好一點(diǎn)，有些繞線方便一些，有些體積更小，主要是看應(yīng)用場(chǎng)景的選型，服務(wù)器電源使用第三代半導(dǎo)體的話，頻率提高之后，磁性元器件上很多繞線繞到一起，各種寄生參數(shù)如趨膚效應(yīng)明顯。

降低趨膚效應(yīng)也會(huì)對(duì)EMC提出要求，主要體現(xiàn)在降低磁頻率這一塊，頻率變高以后趨膚參數(shù)影響會(huì)更大，EMC對(duì)于變壓器繞組間的集成電容控制有更高的要求。

2、在服務(wù)器電源中，涉及的磁元件產(chǎn)品種類也比較多，使用氮化鎵材料后，具體對(duì)哪些磁元件產(chǎn)品會(huì)提出更高的要求？

福州大學(xué)陳為：服務(wù)器電源，一般指的是前端PFC和后面的DC/DC。目前服務(wù)器電源主流電路拓?fù)涫蔷S也納PFC電路和LLC電路。采用氮化鎵器件的主要目的就是提高頻率，從而降低磁性元件的體積和重量，提高功率密度。而磁性元件在服務(wù)器電源中的空間和重量占比都是比較大的，其中包括了PFC電路的電感器，LLC電路的變壓器和諧振電感器，以及電磁干擾濾波電感器。所以說(shuō)，服務(wù)器電源使用氮化鎵后，無(wú)論是電感變壓器，還是電磁干擾濾波器，都會(huì)提出更高的要求。

艾默生聶洪濤：使用氮化鎵的服務(wù)器電源，第一是對(duì)磁性材料提出高頻化要求，在高頻情況下，磁性材料損耗要做的更低；第二是磁性材料功率也要做大；第三是線材，使用膜包線可以一定程度上降低趨膚效應(yīng)。

歐陸通張新芳：對(duì)于使用氮化鎵器件的服務(wù)器電源，為配合發(fā)揮氮化鎵材料的高頻、高溫工作特性，相對(duì)適配傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體材料而言，服務(wù)器電源對(duì)變壓器和電感器的用料和設(shè)計(jì)都有更高的要求，要求電感變壓器有更高的頻率飽和特性，更小的高頻分布參數(shù)等。

力王歐陽(yáng)順昌：使用氮化鎵后的服務(wù)器電源對(duì)磁芯和線材都提出了要求。磁芯選擇鐵氧體磁芯，線材選擇銅線或者多股絞合線都能達(dá)到降低趨膚效應(yīng)，減小損耗的作用。

有些材質(zhì)在高頻的時(shí)候，損耗會(huì)較小。粉芯材料在高頻下?lián)p耗就非常大，鐵氧體軟磁相對(duì)而言損耗就比較小。線材的話，根據(jù)工作頻率、電流密度和趨膚深度，應(yīng)該選線徑比較小、扁平的薄細(xì)線比較好，如多股絞合線。使用細(xì)線還要考慮安全安規(guī)問(wèn)題。

三、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)磁芯提出的要求

1、隨著第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源的逐步應(yīng)用，對(duì)頻率要求更高，據(jù)我們了解理想頻率應(yīng)達(dá)到300KHz以上。對(duì)磁芯來(lái)說(shuō)，您認(rèn)為頻率應(yīng)達(dá)到多少才會(huì)滿足需求？服務(wù)器電源對(duì)磁芯的選材有什么要求？

福州大學(xué)陳為：服務(wù)器電源頻率提高后，對(duì)磁性元件來(lái)說(shuō)，是為了降低體積，但磁元件損耗也會(huì)上升，這就導(dǎo)致?lián)p耗密度增大，從而溫升增大。多大頻率合適，主要取決于磁芯的損耗特性，一般可以用磁芯的性能因子，也就是一定損耗密度下的工作頻率f和磁通密度B的乘積，磁芯性能因子可以從磁芯廠家手冊(cè)中獲得，也可以測(cè)量獲得。從服務(wù)器電源設(shè)計(jì)理論上看，在根據(jù)磁件的設(shè)計(jì)體積和散熱條件確定合適的損耗密度的情況下，可以選擇對(duì)應(yīng)最大磁芯性能因子所對(duì)應(yīng)的頻率。當(dāng)然，選擇頻率，也要考慮開(kāi)關(guān)器件的損耗限制。

浙江工業(yè)大學(xué)車聲雷：我們認(rèn)為500KHz以上算高頻了，目前服務(wù)器電源主流的頻率在200KHz—1MHz之間，比較成熟的是在800KHz以下，1MHz以上的應(yīng)用較少。從材料開(kāi)發(fā)角度來(lái)講，2MHz和3MHz的磁性材料性能是最好的。

我覺(jué)得現(xiàn)在的材料和服務(wù)器電源方案都還未完全定型，比如TDK、日立、飛磁這三家的材料體系在3MHz以下雖已實(shí)現(xiàn)系列化，但我們做了相關(guān)的材料研究，在相同的工作條件下可以把損耗降低90%。在第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用下，服務(wù)器電源本身的工作方式（產(chǎn)品方案）有了很大的改變，特別是200KHz—1MHz頻率段，比如現(xiàn)在快充頭采用新的變頻方式，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，不是通過(guò)電流調(diào)節(jié)，而是改變工作頻率，加上使用第三代半導(dǎo)體材料的使用，可以從空載到滿負(fù)荷整個(gè)區(qū)間內(nèi)獲得比較高的效率。

服務(wù)器電源這種工作方式，對(duì)于傳統(tǒng)材料來(lái)講是比較苛刻的。傳統(tǒng)材料基本上都是定頻的，在某個(gè)頻率下把性能優(yōu)化到較好的狀態(tài)，變頻會(huì)脫離它的最佳狀態(tài)。過(guò)去的定頻基本上在100KHz，現(xiàn)在要到200KHz這個(gè)范圍工作，所以開(kāi)發(fā)材料的時(shí)候就要考慮工作頻率要高一點(diǎn)，同時(shí)還要能適應(yīng)變頻的要求，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)不管哪個(gè)點(diǎn)上性能都要好才行。

對(duì)磁性材料來(lái)說(shuō)，整個(gè)材料開(kāi)發(fā)的思路完全改變了，原來(lái)材料再改進(jìn)也沒(méi)有用。舉幾個(gè)比較明顯的例子，比如高頻狀態(tài)下，首先晶粒尺寸不能大，過(guò)去高導(dǎo)鐵氧體粒徑是十幾微米到二三十微米甚至更大，功率鐵氧體是15微米左右，金屬磁粉芯是五六十微米到200多微米。不管配方怎么配，不會(huì)有好的高頻性能。想要在高頻下達(dá)到較為理想的性能，鐵氧體晶粒尺寸不能超過(guò)5微米，磁粉芯要到10微米以下才可以。這么小的粒徑對(duì)磁性材料提出了全新的要求，需要從粉料配方、工藝條件都需要進(jìn)行革新。

歐陸通張新芳：建議磁芯的最佳工作頻段在100KHz-1MHz；高溫的Bmax需要對(duì)應(yīng)提升，磁芯選材方面要求選用具有高頻高Bs、高頻低損耗、寬溫低損耗等特性的材料，目前鐵氧體磁芯仍是優(yōu)先。在一個(gè)電源中磁芯的用量視不同輸出功率、不同拓?fù)浞绞蕉悾瑹o(wú)法一概而論。

長(zhǎng)城科技王永安：氮化鎵的工作特性就是允許工作在高頻位，例如可以到1兆。頻率到1兆之后磁性材料是不能承受了，這個(gè)損耗非常大。因此服務(wù)器電源對(duì)磁性材料提出高頻的要求。

對(duì)磁芯來(lái)說(shuō)，滿足需求應(yīng)該在500K或以上，不一定要到1兆?，F(xiàn)在頻率跳躍幅度不要太大，要一步步往上升。磁性材料不能跳躍式，因?yàn)楝F(xiàn)在磁性材料實(shí)際使用狀態(tài)在150K—200K范圍內(nèi)，超過(guò)這個(gè)范圍磁性材料就承受不了了。

當(dāng)頻率提高的時(shí)候，傳導(dǎo)輻射問(wèn)題會(huì)帶來(lái)很大的困難，需要解決服務(wù)器電源EMC問(wèn)題。所以需要相關(guān)企業(yè)聯(lián)動(dòng)解決頻率提高帶來(lái)的問(wèn)題。

服務(wù)器電源高頻化之后，鐵氧體磁芯用的多一些，金屬粉芯就用的少，因?yàn)榻饘俜坌镜墓ぷ黝l率上不去。一個(gè)服務(wù)器電源里邊的電感器和電子變壓器都是用磁性材料做成的，這一部分占的價(jià)值比例為大致在8%、18%、20%。

艾默生聶洪濤：頻率的話主要看磁材，一般鐵氧體我們會(huì)選擇性能比較好的，沒(méi)有看頻率，會(huì)看它的損耗曲線，也就是單位損耗。一般我們會(huì)采用低損耗的磁材。具體選什么樣的磁材就要看應(yīng)用場(chǎng)景了，如果服務(wù)器電源功率幾百千瓦的話，基本上就是鐵氧體的范疇。像鐵硅鋁、鐵硅這些磁粉芯具有比較大的直流特性。逆變電感、pfc電感這些基本上都會(huì)用到鐵氧體軟磁。

2、采用第三代半導(dǎo)體器件后，服務(wù)器電源開(kāi)關(guān)頻率提高，對(duì)磁元件提出了更高的頻率要求。據(jù)我們了解服務(wù)器電源理想頻率應(yīng)達(dá)到300KHz以上，整機(jī)企業(yè)建議建議磁芯的最佳工作頻段在100KHz-1MHz。貴司目前頻率多少？通過(guò)什么方案提高頻率？

微碩譚福清：微碩目前中高頻的錳鋅功率鐵氧體材料PG352，應(yīng)用頻率為100~500kHz；錳鋅高頻低損耗材料PG102應(yīng)用頻率可達(dá)5MHz，典型應(yīng)用頻率500kHz-3MHz，可以覆蓋服務(wù)器電源整機(jī)企業(yè)的全部頻率需求范圍。

我們主要通過(guò)優(yōu)化主配方、適當(dāng)調(diào)整燒結(jié)溫度和氣氛、細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)、增加晶界電阻、降低渦流損耗的方式來(lái)提高材料和磁芯的應(yīng)用頻率。

尚朋楊仕機(jī)：我司目前已經(jīng)量產(chǎn)從300KHz到3MHz的系列高頻材料，材料型號(hào)包括SSP-5；SSP-96F；SSP-51；SSP-53等。我們通過(guò)對(duì)材料的配方、制粉工藝的調(diào)整和改善燒結(jié)工藝等措施，降低材料在高頻場(chǎng)合下的損耗，從而使產(chǎn)品滿足高頻環(huán)境下的工作性能。不同的材料型號(hào)適配不同的頻率場(chǎng)合，這一系列高頻材料主要應(yīng)用于高頻服務(wù)器電源變壓器，功率電感器和光伏逆變器等。

萬(wàn)寶趙軒：絕緣線對(duì)頻率沒(méi)有決定性影響，但是不同頻率的變壓器在絕緣線的選擇上會(huì)有一定的差異，差異主要在絕緣線絕緣材料的耐溫等級(jí)、絕緣線導(dǎo)體的耐電流值及耐壓值等。我司生產(chǎn)的絕緣線能滿足幾乎所有頻率段的需求。我司主要通過(guò)多元化的導(dǎo)體種類和導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及絕緣材料選型、絕緣層工藝多元化的開(kāi)發(fā)來(lái)提高產(chǎn)品在高頻服務(wù)器電源上的實(shí)用性。

3、整機(jī)企業(yè)反應(yīng)，為了降低服務(wù)器電源高頻損耗，磁芯選材方面要求選用具有高頻高Bs、高頻低損耗、寬溫低損耗等特性的材料。貴司產(chǎn)品BS值多少？通過(guò)什么方式減小損耗？

微碩譚福清：微碩高頻低損耗材料PG102常溫Bs達(dá)550mT，高溫100℃ Bs達(dá)435mT，可以滿足絕大多數(shù)服務(wù)器電源對(duì)Bs的要求。

降低服務(wù)器電源高頻損耗的方式，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景可分為兩種情況：

（1）磁通密度50mT以下，磁芯的損耗主要來(lái)源于高頻渦流損耗，因此降低渦流損耗能有效降低磁芯的高頻損耗。降低渦流損耗的方法主要就是降低燒結(jié)溫度、添加高電阻率添加劑，降低燒結(jié)溫度同時(shí)配置高的氧含量，可抑制二價(jià)鐵離子的增長(zhǎng)，獲得比較高的電阻率。微碩的PG102材料應(yīng)用頻率0.5-3MHz，具有很低的高頻損耗，非常適合應(yīng)用在磁通密度在50mT以下的低磁場(chǎng)場(chǎng)景。

（2）磁通密度50mT以上，這個(gè)時(shí)候單純的降低渦流損耗是沒(méi)有辦法獲得比較好的高頻低損耗特性的。在降低渦流損耗的同時(shí)還需要降低磁滯損耗。而磁滯損耗的產(chǎn)生主要是由磁疇壁不可逆位移產(chǎn)生的。在弱場(chǎng)的時(shí)候產(chǎn)生不可以壁移比較少，也比較容易控制，在強(qiáng)場(chǎng)的時(shí)候，要控制磁疇壁不可逆位移，就得通過(guò)比較特殊一些方式，關(guān)鍵點(diǎn)是通過(guò)降低磁芯內(nèi)應(yīng)力從而讓磁疇壁不可逆位移減少。微碩的FP53材料正是高頻大磁場(chǎng)專用材料，專門應(yīng)用在大磁場(chǎng)的場(chǎng)合，應(yīng)用頻率可達(dá)1-5MHz。

尚朋楊仕機(jī)：錳鋅鐵氧體軟磁材料損耗是由磁滯損耗，渦流損耗和剩余損耗三部分組成。在服務(wù)器電源高頻工作環(huán)境下（400KHz以上），以渦流損耗和剩余損耗為主。降低渦流損耗和剩余損耗的方法一般是通過(guò)配方中添加易形成晶界高電阻層的改性添加劑及高效研磨和低燒結(jié)溫度獲得接近單疇的細(xì)小晶粒來(lái)達(dá)成減小損耗的目的。

四、使用氮化鎵材料后，服務(wù)器電源對(duì)線材提出的要求

1、應(yīng)用第三代半導(dǎo)體材料后，服務(wù)器電源頻率提高的同時(shí)損耗也更高，就降損耗而言，對(duì)線材提出了哪些要求？

福州大學(xué)陳為：線圈的損耗取決于線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和線規(guī)選擇。對(duì)于繞線式線圈，一般采用三明治結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)工作頻率設(shè)計(jì)具有最低銅損的線規(guī)。在較高頻率下，多股絞線得到廣泛應(yīng)用，這里就涉及到多股絞線的股徑和股數(shù)的最優(yōu)化選擇，比一般的圓導(dǎo)線的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。從線材本身來(lái)說(shuō)，多股絞線的工藝也需要提高，以盡量提高銅利用率。降低每股導(dǎo)線的絕緣層厚度，避免斷股，尤其對(duì)于較細(xì)股徑和較多股數(shù)的多股絞線。另外，為了高功率密度，往往繞組的溫升會(huì)比較高，這就要求提高線材的溫度等級(jí)。

浙江工業(yè)大學(xué)車聲雷：高頻的效果在于兩方面：一方面，首先是f乘b這個(gè)功率因素提高，在高頻下首先可以把服務(wù)器電源做小；另一方面服務(wù)器電源做小的同時(shí)，能效還要提高。在維持能效這一塊，幾乎所有的軟磁材料，都隨著使用頻率的升高，損耗急劇增加。剩余損耗基本上都是在500KHz以上才出現(xiàn)的。在高頻領(lǐng)域的話，剩余損耗這部分占的比例會(huì)越來(lái)越高，甚至到MHz這個(gè)階段，損耗會(huì)超過(guò)一半。

降低服務(wù)器電源損耗，從材料角度講，首先粒徑要減小，粒徑減小最明顯的在于頻率高了以后渦流損耗會(huì)增加。如果晶粒尺寸能壓縮到微米級(jí)的話，渦流損耗會(huì)降得很低。

渦流損耗跟頻率兩次方成正比的，所以渦流損耗先降下來(lái)，接下來(lái)剩余損耗也要降下來(lái)。剩余損耗原因很復(fù)雜，我們認(rèn)為是跟磁疇共振關(guān)系比較大的。目標(biāo)就是要盡量減少磁疇壁的數(shù)量，減少在磁化過(guò)程中磁壁的移動(dòng)，這樣磁損耗就能降下來(lái)?？傮w思路就是降低晶粒尺寸，大致做到單疇。

目前國(guó)內(nèi)鐵氧體的生產(chǎn)工藝能滿足壓縮晶粒的要求，但磁粉芯還有點(diǎn)困難。磁粉芯存在兩個(gè)方面的困難。第一個(gè)就是首先要能夠采購(gòu)到大量的細(xì)粉。就生產(chǎn)工藝而言，粉體盡量要噴細(xì)，噴細(xì)之后要分級(jí)，將粉體按照大小分成不同的級(jí)別，產(chǎn)量也會(huì)降低。第二個(gè)是工序增加，加上設(shè)備投入成本，材料也要總適當(dāng)調(diào)整，這樣總體生產(chǎn)成本就會(huì)增加很多。

長(zhǎng)城科技王永安：服務(wù)器電源盡量用多股線。原來(lái)主要用一根銅線，追求高頻之后就盡量用多股線，減小趨膚效應(yīng)。也就是說(shuō)，銅線粗了之后，電流不從銅線中間走，改為從表皮上走，所以為了加大表皮面積，就要用多股細(xì)線。

艾默生聶洪濤：服務(wù)器電源高頻化后，趨膚效應(yīng)會(huì)更嚴(yán)重。第一點(diǎn)就是對(duì)線材的要求就是線要做得越來(lái)越細(xì)。線要沿著磁芯繞，繞的過(guò)程線越細(xì)就越容易斷。因此第二點(diǎn)對(duì)線的耐彎曲特性也提出了要求，一般選擇銅線會(huì)比較多，多股絞合線和利茲線都能一定程度上減小趨膚效應(yīng)。

2、線材的選擇和線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是降低服務(wù)器電源損耗的重要手段，貴司通過(guò)什么方式減小趨膚效應(yīng)，降低損耗？

大潤(rùn)科技王金斗：減小趨膚效應(yīng)，降低損耗與電子變壓器選擇的線材（三層絕緣線、多股絞線、絞線三層絕緣線、四層絕緣線、膜包線級(jí)膜包壓方線等）與磁芯、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝等多種因素有關(guān)系；其中與線材有關(guān)因素大概如下：

首先：與線材導(dǎo)體（銅）材質(zhì)的純度有密切關(guān)系，材質(zhì)純度越高，對(duì)減小趨膚效應(yīng)，降低損耗就有明顯效果;

其次：與選擇線材有密切關(guān)系；（即有效表面積或截面積周長(zhǎng)），表面積越大，材質(zhì)純度越高，對(duì)減小趨膚效應(yīng)，降低損耗就有明顯效果;同時(shí)必須有效控制產(chǎn)品體積、產(chǎn)品成本等方面，必須讓產(chǎn)品各性能（含趨膚效應(yīng)）、成本、體積有效統(tǒng)一、有機(jī)結(jié)構(gòu)、多方面有機(jī)平衡、形成一個(gè)完整機(jī)體（產(chǎn)品解決方案）。

如：當(dāng)產(chǎn)品體積與成本都有控制約定時(shí)：要選擇線材合適的規(guī)格，在一定范圍的趨膚效應(yīng)內(nèi)選擇什么樣的線材是可以控制的。如何選擇線材，取決于兩大要素：

第一個(gè)要素是產(chǎn)品是環(huán)繞還是立繞，當(dāng)產(chǎn)品要求環(huán)繞時(shí)，只能使用絞線、膜包線來(lái)降低趨膚效應(yīng)效果雙較低好；當(dāng)產(chǎn)品要求立繞時(shí)，只能使用聚酰壓胺扁銅線來(lái)降低趨膚效應(yīng)效果比較好；

第二個(gè)要素就是盡量增大其表面積（截面積周長(zhǎng)），如當(dāng)產(chǎn)品要求環(huán)繞時(shí)，線材截面積確定了（如：線徑1.0mm），明顯絞線比單線好，因?yàn)榫€長(zhǎng)度與線徑都確定了，表面積越大，只能是截面積周長(zhǎng)越長(zhǎng)即可；發(fā)進(jìn)一步分析，同為絞線，線徑*股數(shù)不同，他的截面積周長(zhǎng)是不同得，是有很大差異的;當(dāng)截面積的線徑在1.2或1.0的時(shí)候，導(dǎo)體既可以選0.05×350股，線徑/截面積達(dá)到1.2；也可以選0.1×100股，截面積達(dá)到1.2。這兩個(gè)效果對(duì)于降低趨膚效應(yīng)效果是有很大差異的。0.05×350每條線周長(zhǎng)之和比0.1×100每條線周長(zhǎng)之和要長(zhǎng)得多，所以選0.05×350股。這是一個(gè)比較科學(xué)、復(fù)雜的工程。所以，單線和股數(shù)是影響趨膚效應(yīng)關(guān)鍵的參數(shù)。

當(dāng)產(chǎn)品需要耐壓要求特別高時(shí)，三層絕緣線是6000V，無(wú)法滿足時(shí)；未來(lái)肯定是需要選擇如：FIW線或QPN線等，其采用了高分子納米聚合液態(tài)涂膜技術(shù)，可依要求，0.033mm,耐壓能達(dá)到100KV。從這個(gè)角度說(shuō)，對(duì)線材的要求是一個(gè)非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。此外，還有耐高壓化、耐酸雨腐蝕、耐老化等都是線材需要去克服的難點(diǎn)。

萬(wàn)寶趙軒：線圈設(shè)計(jì)目前為單層平行繞，雙層阿爾法繞，單層多圈串聯(lián)、雙層多圈串聯(lián)，多圈平行繞等等。多股絞線主要為0.03/0.05/0.06/0.07/0.08系列的絞線，股數(shù)從2股到幾千股不等，外徑目前可以做到10mm以上。在相同截面積情況下，漆包絞合線的有效導(dǎo)流面積增加；同時(shí)漆包絞合線將特殊薄膜導(dǎo)體集成到變壓器導(dǎo)體中，減少了導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生的渦流損失，從而降低了服務(wù)器電源總損耗。

五、第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源領(lǐng)域的發(fā)展前景及趨勢(shì)

您認(rèn)為第三代半導(dǎo)體在服務(wù)器電源領(lǐng)域應(yīng)用潛力如何？未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是什么？

福州大學(xué)陳為：服務(wù)器電源對(duì)損耗和體積的要求很高，而第三代半導(dǎo)體的應(yīng)用對(duì)此有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著第三代半導(dǎo)體可靠性提高和成本不斷降低，在服務(wù)器電源的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化一定具有很大的潛力。

浙江工業(yè)大學(xué)車聲雷：我認(rèn)為第三代半導(dǎo)體材料在服務(wù)器電源前景是非常好的。第三代半導(dǎo)體在服務(wù)器電源、數(shù)據(jù)中心、5G基站還有快充領(lǐng)域的發(fā)展前景是很大的。目前第三代半導(dǎo)體領(lǐng)域首先最緊迫的就是往高頻化發(fā)展，這是收益最好、性價(jià)比最高的一個(gè)方向。因?yàn)槟壳胺?wù)器電源發(fā)熱問(wèn)題很嚴(yán)重，解決發(fā)熱問(wèn)題是比較緊迫的。

目前，大部分廠家高頻變壓器都做成平面的，平面中間繞線的框架做的很薄，所以現(xiàn)在很多線圈做到PCB板里面去。，把線圈埋到里面會(huì)增加成本，因此一般采用印刷電路方式。就成本方面來(lái)說(shuō)，有時(shí)候線材會(huì)做妥協(xié)。本身從損耗角度講，多股絞合線會(huì)好一點(diǎn)，但是工藝較有難度，因此線材廠商不一定去參與。

長(zhǎng)城科技王永安：第三代半導(dǎo)體材料應(yīng)用到服務(wù)器電源里面的潛力是很大的。服務(wù)器電源本身就是要追求提高功率密度，對(duì)第三代半導(dǎo)體材料的要求是最為突出的。氮化鎵在提高工作頻率中擔(dān)任著重要的任務(wù)。

隨著第三代半導(dǎo)體產(chǎn)品的用量提升，以后氮化鎵取代碳化硅的比例會(huì)越來(lái)越高。氮化鎵的工作狀態(tài)就是內(nèi)阻小，內(nèi)阻小就可以提高頻率，繼而提高服務(wù)器電源的功率密度，這就是它最大的優(yōu)點(diǎn)。

微碩譚福清：我認(rèn)為第三代半導(dǎo)體碳化硅、氮化鎵在服務(wù)器電源潛力巨大，相信未來(lái)10年內(nèi)大部分會(huì)替代原來(lái)硅半導(dǎo)體器件。

碳化硅和氮化鎵在服務(wù)器電源主要應(yīng)用在服務(wù)器電源供電系統(tǒng)中AC/DC以及高低壓的DC/DC轉(zhuǎn)換中，因?yàn)榉?wù)器電源大部分時(shí)候工作在輕載或者半載的狀態(tài)，效率損耗主要來(lái)源于功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗，而碳化硅、氮化鎵MOSFET具有開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗較低的優(yōu)良特點(diǎn)，正是非常適合應(yīng)用在服務(wù)器電源上。在輸入的AC/DC端的PFC中，碳化硅或者氮化鎵MOSFET取代原來(lái)的硅MOSFET具有立竿見(jiàn)影的效果，可明顯提高PFC的效率，區(qū)別在于碳化硅多用于比較高壓的情況，因此在AC/DC的PFC中取代原來(lái)硅MOSFET以及硅二極管或者在48V或者12V的高壓DC/DC是主要用途。而氮化鎵在服務(wù)器電源應(yīng)用的更廣泛一些，既可以應(yīng)用在AC/DC的PFC中取代原來(lái)硅MOSFET，也可以應(yīng)用在高低壓DC/DC中，可以實(shí)現(xiàn)全氮化鎵方案，因?yàn)榈壙梢詫?shí)現(xiàn)比碳化硅更高的開(kāi)關(guān)頻率，效率更高一些，體積更小。

就成本而言，如果在PFC和高壓DC/DC中都采用氮化鎵開(kāi)關(guān)器件，則AC/DC系統(tǒng)的體積可以大大縮小，保守估算，同樣的功率密度，服務(wù)器電源體積可以縮小到原來(lái)的50%左右。體積縮小帶來(lái)的成本下降基本可以抵消開(kāi)關(guān)器件的成本上升。

結(jié)語(yǔ)：

綜合業(yè)內(nèi)專家與整機(jī)企業(yè)觀點(diǎn)看，第三代半導(dǎo)體在服務(wù)器電源、數(shù)據(jù)中心、5G基站等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊發(fā)展前景，也是最迫切需要解決高頻化問(wèn)題的三個(gè)領(lǐng)域尤其是從定頻向變頻的轉(zhuǎn)變，不管是對(duì)電感變壓器、鐵氧體、磁粉芯還是線材開(kāi)發(fā)思路完全變了。

對(duì)電感變壓器來(lái)說(shuō)，變壓器的形狀需要朝著平面變壓器發(fā)展，以更大的背板提升散熱效率，損耗降低。對(duì)磁性材料來(lái)說(shuō)，第一要減小粒徑以降低渦流損耗，如將鐵氧體粒徑減小到5微米以下，磁粉芯10微米以下；第二要盡量減少磁疇壁的數(shù)量，減少在磁化過(guò)程中磁壁的移動(dòng)，降低剩余損耗；第三磁芯選材方面要求選用具有高頻高Bs、高頻低損耗、寬溫低損耗等特性的材料；第四在較高頻率下，多股絞合線得到廣泛應(yīng)用，多股絞合線的工藝需要提高，以盡量提高銅利用率，還要提高線材的溫度等級(jí)。

總之，目前磁性材料面臨著服務(wù)器電源頻率提高以及由此帶來(lái)的損耗難題。我們期待，隨著技術(shù)的不斷更新迭代，磁性材料能夠跟上第三代半導(dǎo)體在服務(wù)器電源領(lǐng)域的發(fā)展步伐，行業(yè)迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。