详谈Litz线、膜包线、压方膜包线技术和最新发展趋势及在SST固态变压器具体应用方案

原创 磁性元器达人 磁性元器达人 磁性元件达人 2026年2月1日 06:23 广东 

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在固态变压器（SST）追求高频化、高功率密度的趋势下，膜包和压方利兹线（Litz线）已成为应对高频损耗挑战的关键技术。其发展趋势和应用方案都与SST的核心设计目标紧密相连。
�� 最新技术发展趋势
当前，利兹线技术的发展围绕高频高效、高绝缘与高空间利用率展开，具体趋势如下：
· 膜包利兹线成为高频应用标配
  · 技术核心：在多股绞合的漆包线外，额外缠绕或包裹一层绝缘薄膜（如PET、PEN、PI）。这能提供更强的绝缘保护、机械耐磨性，并有效减少高频涡流。
  · 市场情况：已成为高频变压器和电感器的关键材料，全球市场规模预计将从2024年的3.18亿美元增长至2031年的4.71亿美元。
· 压方（矩形）膜包线实现功率密度跃升
  · 技术核心：在绞合后，通过特殊工艺将圆线压制成矩形截面。压方膜包线能大幅提升绕组的空间利用率（槽满率），在相同窗口面积下容纳更多导体，从而提升电流容量、改善散热。
  · 突破难点：针对传统工艺在压方超多股、超细线时易断线、膜磨损的问题，2024-2025年的专利技术通过“压方加热定型”和“后道包膜” 等创新工艺，佛山宏尔盛成功实现了10000股以上、单丝直径0.03mm级别的稳定生产。
· 绝缘等级与耐压要求持续提升
  · 技术核心：随着SST向更高电压等级发展，出现了利兹型三重绝缘线等特种线材，以满足中高压隔离的苛刻安全要求。

�� 在SST设计中的核心应用价值与挑战
在SST（尤其是其高频变压器）中，应用这些先进利兹线主要是为了解决以下核心痛点：
· 挑战：高频损耗剧增
  · SST工作频率（通常10kHz-200kHz或更高）远高于工频，导致导体的趋肤效应和邻近效应显著，交流电阻大幅增加，可能达到直流电阻的数倍，造成严重铜损和过热。
· 解决方案：利兹线的核心作用
  · 利兹线通过将大截面导体分割成多股相互绝缘的细线并交织，使电流均匀分布，从根本上抑制趋肤效应和邻近效应，显著降低高频交流电阻。
  · 膜包提供的加强绝缘，是应对SST高频高压工况下严苛绝缘要求的必要保障。

��️ SST具体应用方案与选型要点
在SST高频变压器的实际设计中，绕组的选型需要与频率、电流、绝缘和工艺进行系统权衡。以下是针对10kW-500kW中功率范围的典型选型逻辑：

1. 中压绝缘绕组侧 (电压较高，如>1kV)
· 典型方案：采用膜包利兹线或利兹型三重绝缘线。
· 考量重点：绝缘耐压是首要考虑。膜包或三重绝缘结构能在满足高压隔离的同时，兼顾高频低损耗的需求。

2. 低压大电流绕组侧 (电流大，追求效率与功率密度)

· 典型方案：优先考虑压方膜包利兹线，或采用薄铜箔。
· 考量重点：电流密度与散热。压方线能在有限空间通过更大电流，降低绕组体积和温升，是实现高功率密度的关键。薄铜箔也是常用方案，但其可绕性和高频损耗控制需仔细设计。

3. 通用高频绕组 (常规电压电流，优化综合性能)

· 典型方案：标准膜包利兹线。
· 考量重点：损耗与成本的平衡。这是最主流的选择，在抑制高频损耗和保持一定工艺性、经济性之间取得平衡。

设计参数速查参考
· 频率：20 kHz
  · 趋肤深度：~0.47 mm
  · 推荐导体：0.4 mm及以下铜箔
  · 适用磁材：纳米晶合金
· 频率：50 kHz
  · 趋肤深度：~0.30 mm
  · 推荐导体：0.25 mm及以下铜箔
  · 适用磁材：纳米晶合金
· 频率：100 kHz
  · 趋肤深度：~0.21 mm
  · 推荐导体：0.1 mm线径60股利兹线
  · 适用磁材：3C95铁氧体
· 频率：200 kHz
  · 趋肤深度：~0.15 mm
  · 推荐导体：0.08 mm线径100股利兹线
  · 适用磁材：PC98铁氧体
注：设计参考数据综合自行业资料。单丝直径或箔厚应小于等于该频率下的趋肤深度，以充分利用导体截面。

关键协同设计原则
· 与磁芯材料协同：高频（>100kHz）常用铁氧体，中频（20-100kHz）优选纳米晶，利兹线的选型需与磁芯的损耗特性匹配。
· 与绕制工艺协同：必须采用分段交错绕制等技术，以进一步抑制邻近效应。有资料显示，这可将交流电阻降低40%-70%。
· 与绝缘散热协同：高性能绕组常需配合真空压力浸渍（VPI） 等绝缘工艺，以提升绝缘强度、改善散热并抑制局部放电。

�� 总结与建议
总而言之，膜包和压方利兹线技术正朝着更高集成度、更高可靠性和更适应超高频的方向发展，是解锁SST高功率密度设计的关键。
建议：
· 明确设计优先级：若追求极限功率密度和散热，压方膜包利兹线是低压大电流侧的最佳选择。若侧重高压绝缘可靠性和高频损耗，标准或三重绝缘膜包利兹线更合适。
· 进行系统化权衡：将绕组选型与磁芯材料、工作频率、拓扑结构（如DAB的漏感需求） 以及冷却方式一同进行迭代仿真和优化。
· 关注工艺细节：与制造商紧密沟通，特别是使用压方线时，需关注其弯曲半径、柔韧性对绕制工艺的影响，确保设计可制造。

二、针对利兹线技术细节，2024-2025年的最新研究和专利揭示了几个非常具体和前沿的发展方向，可以概括为两大应用方案和三大技术趋势。

�� 最新应用方案：从已验证设计到前沿探索
以下两个实际案例展示了膜包/压方利兹线在不同功率等级SST中的成熟应用与前沿探索。
1. 已验证设计：高压大功率方案 (166kW, 17.5kV AC)
· 方案核心：混合箔-利兹绕组 + 液体绝缘
· 应用场景：应用于166kW中频变压器，用于中压电网连接的SST。
· 具体设计：
  · 绕组：采用混合箔-利兹线结构。主导体为箔材，特定部位使用利兹线，以平衡高频损耗、成本与工艺性。
  · 绝缘：采用酯类液体绝缘，替代传统环氧树脂灌封，解决了复杂灌封工艺的难题，并提升了绝缘性能和散热效率。
  · 已验证指标：通过了54kV峰值交流/直流耐压及95kV雷电冲击测试，并在SST单元中完成了满载温升实验验证。

2. 已验证设计：中功率高密度方案 (200kVA, 10kHz)

· 方案核心：矩形利兹线 + 纳米晶磁芯 + 强制风冷
· 应用场景：用于10kV/2.5MW SST的隔离DC-Link级。
· 具体设计：
  · 绕组：使用矩形利兹线，优化了绕组的空间利用率（槽满率）。
  · 磁芯：采用纳米晶材料，结合前述磁性设计的分析，这实现了高频低损耗。
  · 散热与性能：设计了优化的翅片阵列散热器，采用强制风冷。最终样机实现了99.45%的效率和8 MW/m³的功率密度。

3. 前沿探索：PCB集成利兹线
为应对传统利兹线绕组灌封工艺复杂、易产生局部放电的问题，2024年的研究提出了创新构想：将利兹线的结构概念与印刷电路板制造工艺相融合。这种“PCB利兹线”方案旨在利用PCB精确的层叠和绝缘控制，简化中高压SST变压器的制造，并提升绝缘可靠性。这为未来SST的绕组设计提供了一个全新的技术路径。

�� 三大关键技术发展趋势
除了具体应用，在利兹线，特别是压方膜包利兹线的制造工艺上，也出现了明确的技术迭代，旨在解决更高性能要求的挑战。

1. 趋势一：更高集成度与更精细的多级渐进工艺
· 目标：解决传统单次压方导致绝缘层破裂、线材结构松散的问题。
· 最新工艺：采用多级渐变式压方。例如，先通过椭圆形模具进行初次成型，再通过矩形模具完成最终定型，使绝缘层和绞合结构经历平缓的形变，显著降低损伤风险。这项专利技术发布于2025年底，代表了最新的工艺方向。

2. 趋势二：面向超高频的“超多股、超细线”与高绝缘
· 目标：满足MHz级更高频应用（如未来6G通信电源），并适应800V乃至1000V以上高压系统（如超快充）的绝缘要求。
· 最新工艺：
  · 使用导体直径≤0.03mm的漆包线，并实现10000股以上的绞合。
  · 流程上，普遍采用 “先压方定型，再外包绝缘膜” 的工序，避免压方过程磨损外层绝缘膜。
  · 在压方过程中同步进行加热（130-180°C），使漆包线的自粘层暂时粘合股线，定型后再解粘，保护超细线不断线。

3. 趋势三：混合绕组与创新型冷却绝缘一体化
· 趋势核心：不再将利兹线作为唯一解决方案，而是根据电流和频率分布，在变压器的不同部位混合使用利兹线、铜箔和PCB绕组，实现性能与成本的最优组合。
· 冷却与绝缘融合：采用酯类油等液体绝缘介质，替代固体灌封胶。液体介质既能作为绝缘材料，又能作为冷却剂直接带走热量，特别适合高功率密度设计。