简谈直流充电桩磁元件（变压器/谐振电感/共模电感）的绕组结构与工艺

原创 磁性元器达人 磁性元件达人 2025年11月17日 05:59 广东 

直流充电桩磁元件（变压器/谐振电感/共模电感）的绕组结构与工艺，必须同时解决“高电流、高频率、高绝缘、低漏感、低损耗”五大约束。可归纳为“4 类结构 + 6 步工艺”落地思路：

一、4 类绕组结构（按功率/频率梯度选用）  

1. 利兹线 + 磁环绕线（30 kW 以下，≤100 kHz）

    多股 0.1 mm × 200 利兹线，单匝电流≤20 A；磁环分布式气隙，漏感 50-80 nH，适合 CCM PFC 电感。  

2. 扁铜线立绕（30-120 kW，50-150 kHz）

    0.5～2 mm × 5～12mm 多根立绕扁铜，窗口填充率 55 %，端部“半圆形避让”抑制边缘磁通，交流电阻下降 25 %。  

3. 多层 PCB 平面绕组（120 kW 以上，100-200 kHz）

    6-10 层板，原边 4×0.4 mm 铜，副边 2×0.4 mm 铜，2D Maxwell 对比叠层：PSPS 比 PSP 结构损耗再降 8 W（15 kW 实例）。  

4. 并联多线盘 + 磁通抵消（≥360 kW 超充，LLC 谐振）

    两柱绕组电流反向，磁芯边柱合并，磁通抵消 30 %，磁芯体积缩减 30 %，单盘电流 400 A，水冷板直接贴合。

二、6 步工艺路线（从“绕-焊-浸-测”到“自动化+数据追溯”）  

1. 无骨架（Bobbinless）绕线

    取消塑料骨架，磁芯中柱直接绕制，内径散热空间+0.5 mm， hotspot 再降 5-8 ℃；需用耐高温三层绝缘线（耐压 3 kV）。  

2. 交替分层 + 双线（bifilar）

    原边 17 匝拆 9 T+8 T，副边 2 T 宽箔，按“PSPS”叠层，MMF 零点对称，邻近效应系数 Fr≤1.3；并联多绕组采用“逐圈交替”双线技术，漏感可再降 15 %。  

3. 分布式气隙 & 气隙垫片

    每 5 mm 开 0.2 mm 气隙，垫 0.05 mm 聚酰亚胺胶带，防止磁通局部集中；绕组区与气隙区错开 1 mm，避免边缘磁通切割铜损。  

4. 激光剥漆 + 电阻焊

    扁铜线端口激光剥漆 0.3 s，焊斑直径 1.2 mm，拉拔力≥120 N；替代传统锡炉，降低接触电阻 0.1 mΩ，温升减 3 ℃。  

5. 真空浸漆 + 导热灌封

    浸漆真空度 ≤5 mbar，保证 100 % 填充；端部再灌 2 mm 3 W mK 导热胶，局部放电起始电压提升至 2 kV，满足 800 V 母线 PDIV 要求。  

6. 在线测试 + 数据码

    100 % 测试漏感（±3 %）、DCR（±1 %）、PD（≤10 pC@1.5 kV）；二维码绑定测试数据，上传 MES，实现单件可追溯，出厂故障率≤10 ppm。

三、工程实例（360 kW 液冷超充，800 V→250 V，f=150 kHz）

• 绕组：磁芯 EE65×2，原边 4 层 PCB 24 匝，副边 8 层并联 3 匝，PSPS 叠层

• 工艺：Bobbinless + 激光焊 + 真空浸漆 + 水冷板贴合

• 结果：漏感 1.2 µH（正好作 LLC 谐振电感），铜损 180 W，铁损 120 W，总损耗 0.25 %，热点 105 ℃，MTBF>50 kh  

按照“结构 4 选 1、工艺 6 步走”的思路，可在 3 周内完成直流充电桩磁元件绕组打样，并一次性通过 IEC-61851-21-1 的局部放电、温升和 EMC 测试，实现高功率密度与长期可靠性兼顾。