高頻損耗↓20%，一根線破解系統(tǒng)散熱難題？

在電源系統(tǒng)追求更高效率、更小體積和更優(yōu)散熱的過程中，“高功率密度”成為設計的核心方向。

隨著新能源汽車、儲能系統(tǒng)和AI服務器等應用功率不斷提升、結(jié)構(gòu)愈發(fā)緊湊，線材的發(fā)熱與穩(wěn)定性及散熱挑戰(zhàn)等問題逐漸凸顯。

曾被視為“傳輸部件”的線材，如今正成為影響系統(tǒng)可靠性和散熱挑戰(zhàn)的關(guān)鍵因素。這一變化，正在推動磁元件與線材散熱邏輯的重新思考。

01 功率密度提升狂飆，散熱成“卡脖子”難題

功率密度提升是各領(lǐng)域技術(shù)演進的必然結(jié)果。

數(shù)據(jù)為證：在新能源汽車領(lǐng)域，車載OBC與DC-DC電源的功率密度已經(jīng)從傳統(tǒng)的2-3 kW/L，提升至4-6 kW/L；在AI服務器中，為支撐高算力GPU運行，電源功率密度普遍達到6-8 kW/L。

伴隨SiC、GaN等第三代半導體材料的應用，效率提升的同時，散熱挑戰(zhàn)被進一步放大。由此帶來磁芯損耗急劇增加、繞組損耗與趨膚效應加劇等問題。

線材作為磁性元件中導電與絕緣并存的核心部件，其散熱挑戰(zhàn)對磁性元器件的性能影響尤為突出。高功率密度帶來的散熱挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在三個方面：

一是結(jié)構(gòu)緊湊導致熱積聚，磁元件體積減小、繞組更密，散熱路徑被壓縮。

二是高頻運行帶來額外損耗，在高頻條件下，集膚效應和鄰近效應增強，使交流電阻上升、渦流損耗增加。

三是絕緣與導熱性能的平衡難題，傳統(tǒng)絕緣材料導熱性能差，熱量在絕緣層中滯留，導致局部溫升高。

業(yè)內(nèi)工程師普遍反映：在功率密度提升后，系統(tǒng)溫升控制越來越難，散熱挑戰(zhàn)也愈發(fā)凸顯。對于車規(guī)級電源來說，磁元件的溫升通常要求控制在60-80℃以內(nèi)，而AI服務器的運行要求更嚴格，為保證7x24小時穩(wěn)定運行，通常要求溫升控制在50-70℃以內(nèi)。這些限制標準愈發(fā)凸顯散熱挑戰(zhàn)嚴峻，已成為產(chǎn)品設計及線材的準入門檻。

在散熱路徑有限、空間受限的散熱挑戰(zhàn)下，線材材料體系的散熱性能成為關(guān)鍵突破口。傳統(tǒng)PI絕緣線在熱導率、耐溫性能、機械韌性方面逐漸暴露瓶頸，產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)正加速向高導熱絕緣材料、復合結(jié)構(gòu)線材方向演進，以提高線材散熱性能。

行業(yè)嘗試了利茲線、膜包壓方線、PEEK線等多種線材散熱方案。然而，能同時在可靠性、工藝適配、散熱性和成本之間取得平衡的線材散熱方案并不多。

驊鷹線材散熱解決方案

正是在線材散熱挑戰(zhàn)愈發(fā)劇烈的背景下，惠州市驊鷹電子科技有限公司開始了針對高功率密度應用場景的線材散熱方案系統(tǒng)化改進，開始從源頭的“線材”上進行散熱系統(tǒng)化創(chuàng)新。

02 線材散熱工藝協(xié)同創(chuàng)新，溫升直降25%

據(jù)驊鷹電子市場總監(jiān)鄒錦標介紹，針對高功率密度下的線材散熱挑戰(zhàn)，驊鷹電子推出了高溫高導熱絕緣線材系列，目前已在新能源汽車OBC、電機，以及儲能逆變器、服務器電源等項目中量產(chǎn)應用。

在相同工作條件下，該系列線材的線包整體溫升可降低15%-25%，高頻（100kHz-500kHz）應用場景下總損耗下降10%-20%，并且在180℃老化環(huán)境中可穩(wěn)定工作3000小時以上，性能衰減率低于10%。這些數(shù)據(jù)均來自頭部客戶的長期測試驗證。

線材散熱性能提升的核心，來自材料與工藝的雙重創(chuàng)新。

在材料端，驊鷹采用高導熱復合絕緣漆作為涂覆材料。這相當于為銅導體“穿上”了一件既能絕緣又能高效導熱的“宇航服”，從根本上提升了熱量從內(nèi)到外的傳導效率。比如GaN/SIC復合油漆，還有導熱系數(shù)高的PEEK材料。

在工藝端，驊鷹在生產(chǎn)中運用精密多層涂覆與在線退火技術(shù)。這確保了線材絕緣層厚度均勻、內(nèi)應力小，既避免了線材局部過熱，也提升了線材的柔韌性與耐彎曲壽命，從結(jié)構(gòu)上保障了熱穩(wěn)定的可靠性。熱塑性聚酰亞胺（TPI）由于耐壓明顯明的高于普通的油漆熱固性聚酰亞胺（PI），可以在保證線材散熱性能的耐壓前提下，可以把漆膜做薄達到很好的散熱效果。

高溫膜包絕緣線材 圖/驊鷹電子

在應用細節(jié)上，驊鷹也針對高功率密度下的線材加工痛點進行了改良。

面對自動化繞線過程中的回彈與斷線問題，公司優(yōu)化了銅材成分和退火工藝，提升了線材的記憶定型性與柔韌性。

針對部分高速繞線設備對線材表面耐刮性能要求高的應用，驊鷹開發(fā)了改性膜包體系，既保持絕緣強度，又提升了抗機械應力能力。

為確保線材長期可靠性，驊鷹建立了嚴格的驗證體系，包括：

• 熱循環(huán)測試：-55℃至180℃的環(huán)境下循環(huán)1000次，絕緣層無龜裂、無剝離；
• 絕緣強度測試：擊穿電壓≥8kV，經(jīng)高溫高濕老化后仍保持高穩(wěn)定性；
• 長期老化測試：180℃下連續(xù)運行3000小時，絕緣衰減小于10%；
• 熱阻檢測：整體熱阻較傳統(tǒng)PI線降低約30%。

市場驗證也印證了其線材散熱技術(shù)實力。

鄒錦標表示，該高導熱線材已應用于國內(nèi)多家新能源車企及儲能設備企業(yè)，相關(guān)客戶評價其有效降低了車載充電系統(tǒng)滿負載溫升，提升了高溫穩(wěn)定性及散熱性能，在儲能組串式逆變器中，模塊效率提高了約0.3%。

目前，該系列線材月出貨量已超過50萬米，預計年底將達到80萬米。PEEK線與石墨烯銅線產(chǎn)品也已在新能源汽車電機和低空飛行器電機中實現(xiàn)批量供貨。

鄒錦標認為，散熱性能的提升不只是單一線材改進的結(jié)果，而是整個線材散熱體系的綜合優(yōu)化。導體、絕緣層、繞組結(jié)構(gòu)以及工藝控制的協(xié)同，才能真正降低線包內(nèi)部熱阻，提高磁元件的熱穩(wěn)定性與壽命。

膜包線生產(chǎn)機臺 圖/驊鷹電子

03 從提供一根線 到系統(tǒng)級散熱方案商

鄒錦標表示，未來的散熱設計必須是系統(tǒng)性的。驊鷹電子的愿景不止于做“線材供應商”，而是成為“熱管理解決方案伙伴”。

為此，驊鷹電子制定了分階段的研發(fā)規(guī)劃。

短期內(nèi)，公司將推出第二代超低損耗利茲線與復合冷卻結(jié)構(gòu)線材，目標是在相同條件下再降低溫升10%以上，進一步滿足車規(guī)與服務器級產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性要求。
中長期規(guī)劃中，驊鷹正推進“晶石項目”，探索基于新型基體材料（如高導熱聚合物、金屬基復合材料）的線材體系，以應對未來超過10 kW/L的功率密度需求。

同時，公司還在進行耐電暈PEEK線的優(yōu)化，提升其在高壓、高頻環(huán)境下的介電強度與使用壽命；針對石墨烯銅線在成本與工藝適配方面的挑戰(zhàn)，驊鷹也在嘗試開發(fā)石墨烯鋁線，以實現(xiàn)更高的性價比和加工可行性。

值得注意的是，驊鷹并不僅局限于材料研發(fā)，而是將熱管理視為一個系統(tǒng)性工程。未來，公司計劃與磁元件制造商、電源廠商進行更緊密的聯(lián)合設計與測試，共同推動高功率密度產(chǎn)品的可靠落地。

“我們的目標不是單純地提供一根線，而是幫助客戶解決高功率密度設計中的熱管理難題。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的融合，線材將從被動部件變成系統(tǒng)散熱設計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。”

結(jié)語：線材散熱能力成電源系統(tǒng)性能天花板

隨著功率密度的天花板不斷被抬高，線材散熱能力將直接定義電源系統(tǒng)的性能天花板。驊鷹電子的實踐表明，通過材料與工藝的協(xié)同創(chuàng)新，最基礎(chǔ)的線材也能迸發(fā)出解決系統(tǒng)級散熱挑戰(zhàn)的巨大能量。散熱挑戰(zhàn)問題，正在從宏大的系統(tǒng)設計，延伸至微觀的材料科學與精密制造領(lǐng)域。這場關(guān)于散熱挑戰(zhàn)的“戰(zhàn)役”，注定是一場關(guān)于線材“細節(jié)”的較量。

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