精典分析常用几种非晶材料在AI服务器电源中的典型应用
原创 磁性元器达人 磁性元件达人 2025年12月19日 06:08 广东
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1.AI服务器磁元件常用非晶材料
一 核心非晶材料体系
Fe 基非晶软磁带材与粉末（Fe–Si–B 系）：以快淬带材为基础，典型成分为Fe73.5Si13.5B9Cu1（FINEMET），以及Fe–Si–B–C、Fe–Si–B–Cr等变体。特点为高电阻率、低矫顽力、低磁滞/涡流损耗，适合高频低损应用，如EMI 共模电感、PFC 电感、隔离变压器等。粉末形态可通过雾化（气/水/气-水联合）制备，用于后续压制成型。
Fe–Co 基非晶合金：如Fe–Co–B–Si–Nb体系，具有极高饱和磁化强度（可达约 1.9 T）与极低矫顽力，在需要兼顾高Bs与高频低损的场合（如高端共模/差模磁芯、功率电感）具有优势，但成本与脆性需权衡。
Co 基非晶合金：如Co–Fe–B–Si系，特点是超高初始磁导率（可达 10^5 量级）与宽频阻抗特性，非常适合150 kHz–30 MHz范围内的共模噪声抑制，常见于服务器电源的EMI 输入/输出滤波。
Fe 基非晶/纳米晶复合与块体金属玻璃（BMG）：通过粉末冶金 + SPS（放电等离子烧结）等工艺制备块体或复合磁芯，兼顾高致密、复杂形状、低损耗等特性；研究中的FeSiBCCr等非晶体系显示出良好的软磁性能与工艺可行性，适合一体成型电感与高功率密度磁件探索应用。
二 典型器件与选材对应
上述对应体现了AI服务器电源“前级非晶/纳米晶 + 后级铁氧体”的总体格局，以及一体成型电感对非晶/纳米晶粉芯的偏好趋势。
三 工程选型要点
频率与损耗：主流设计以90–120 kHz为量产基准，向上试探至200–300 kHz需严控磁芯与铜损；非晶材料在高频低损方面具优势，但需结合具体B–H 曲线与温升裕量评估。
直流偏置与饱和：关注材料在100–120℃下的饱和磁通密度（Bs）与直流叠加特性，避免高温工况下感量骤降与温升失控。
工艺与可靠性：非晶粉末需绝缘/包覆与致密化工艺配合（如SPS），以兼顾电阻率、损耗、机械强度与热稳定性；量产稳定性与一致性是关键门槛。
非晶材料在AI服务器电源中的典型应用
SST固态变压器的高频隔离变压器与高频电感
在800 V HVDC → 48/12 V的AIDC供电链中，SST以高频隔离与双向能量控制实现高效率与小型化。高频工况下，非晶/纳米晶磁芯的磁芯损耗较传统硅钢片可降低约60%–80%，整机效率可达98%+，并显著缩小变压器与磁性器件体积，适配MW级模块化SST系统（如台达方案）。
AI服务器AC–DC整流/PFC电感（三相Vienna PFC、图腾柱PFC）
高电流、低电压纹波与高频化（百kHz级）条件下，非晶/纳米晶凭借高磁导率、低矫顽力与低高频损耗，可减小电感体积并降低铜损/磁损，适合大电流PFC电感与高功率密度整流级；材料端以Fe基非晶带材/非晶粉芯为主，已在高频功率电源EMC与电感优化中被重点讨论与采用。
DC–DC多相Buck电感（GPU/ASIC VRM）的一体成型电感（MIM）
GPU/ASIC供电强调大电流、低DCR与低AC铜损。非晶/纳米晶粉芯用于一体成型电感，可在较高频率下保持低损耗与较高饱和磁通密度，兼顾高效率、小体积与热稳定，满足AI服务器VRM/多相Buck对低噪声与高瞬态响应的需求。
EMI共模/差模滤波电感
非晶/纳米晶材料具有高磁导率与宽频高阻抗特性，覆盖150 kHz–30 MHz传导/辐射抑制频段，适合AI服务器AC输入/DC输出的共模/差模滤波，降低高频噪声耦合与EMI风险，提升整机CISPR 32/EN 55032合规裕量。
数据中心HVDC链路中的隔离与配电变压器
面向240/336/400/800 V演进的HVDC架构，非晶/纳米晶高频变压器替代工频硅钢片，显著降低空载/负载损耗与体积，提升链路效率与功率密度，已在SST、巴拿马电源、传统HVDC等多级供电方案中作为关键磁材路径被验证与推广。
选型与落地要点
频率与损耗权衡：在200–500 kHz区间，非晶/纳米晶的磁芯损耗与温升优势明显；更高频时需结合绕组结构（利兹线/箔带、层叠顺序）控制Rac与寄生电容。
直流偏置能力：关注材料在100–120℃下的Bs与直流叠加曲线，避免高温瞬态饱和与感量骤降。
工艺与可靠性：非晶粉芯需绝缘包覆与致密化工艺配合（如SPS等），量产一致性、耐压与热循环可靠性是关键门槛。
与铁氧体的分工：铁氧体适合高频小功率/高阻抗场景；非晶/纳米晶更适合中高频、中大功率的隔离与功率电感，二者在AI电源链路上常协同使用。
前沿进展与趋势
高Bs非晶合金赋能更高功率密度：通过机器学习辅助合金设计，已获得Bs > 1.85 T（最高至约1.92 T）、Hc ≈ 1.2 A/m的Fe基非晶体系，为更小更轻的高频功率磁件提供材料基础，适配AI服务器对效率与体积的极致追求。
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