北辰亿科 | 固态变压器高频变压器技术方案

随着AI算力需求的持续增长，

数据中心机柜功率密度急剧攀升，

传统供电架构面临效率与空间的双重瓶颈。

中压直降800V直流供电架构配合固态变压器（SST），正成为下一代数据中心供电的行业共识。

作为SST的核心组件，高频变压器承担着电压变换与电气隔离的关键任务。

北辰亿科依托西安理工大学核心研发团队，四位博士联手深研，

在电力电子特种电源领域积累了坚实的行业经验，

推出采用“纳米晶壳式磁芯+分段交错绕组+复合绝缘+微水道冷却”技术路线的高频变压器解决方案，

为数据中心供电架构升级提供关键技术支撑。

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SST高频变压器——AI数据中心供电架构的关键一环

随着芯片功耗与机柜功率密度的持续攀升，整机柜供电系统的效率与体积面临革命性要求。

固态变压器（SST）通过电力电子变换与高频变压器实现中压交流电直接转换至直流电，省去多级变换环节，全链路效率可达98.5%以上，体积缩减可达90%，被行业公认为下一代高密度供电场景的升级方向。

高频变压器作为SST的“能量形态核心”，成本占比约16%，其设计与工艺直接决定了SST的效率、功率密度与可靠性。

行业难题：高频变压器的六大设计挑战

高频变压器面临高频、高电压、高功率密度的三重约束，行业公认六大技术难点亟待突破：

01  中压绝缘要求不随频率降低

      工作频率提升至数十kHz，绝缘安全距离无法同比例缩减，成为尺寸缩小的主要制约。

02  高频损耗多维叠加

      磁芯损耗、绕组损耗与开关损耗在高频下相互叠加，热管理难度激增。

03  漏感作为关键控制参数的精确性

      漏感直接影响变换器的软开关范围和传输效率。

04  中压热插拔技术标准空白

      中压场景下热插拔的电气安全与可靠性标准尚不成熟。

05  模块化串联均压精度要求苛刻

      多模块级联时电压均衡的控制精度决定系统可靠性。

06  成本构成中的三大挑战

      功率器件、磁芯材料与绝缘材料成本制约产业化进程。

这些挑战的核心矛盾在于：高频化带来的损耗与散热压力，与高电压带来的绝缘与安全要求之间，存在天然的设计冲突。传统的工频变压器设计经验已无法适用，行业亟需全新的设计方法论与工艺路径。

北辰亿科高频变压器技术方案

基于对SST系统需求的深刻理解，北辰亿科研发团队从磁芯选材、绕组结构、绝缘处理与热管理四个维度系统性突破，形成了完整的高频变压器设计与制造能力。

一、磁芯革命：纳米晶材料的性能优势

在50kHz工作频率下，不同磁性材料的损耗特性差异显著。纳米晶材料兼具高电阻率（降低涡流损耗）与优异的软磁性能，是高频大功率场景的最佳选择。

北辰亿科在≥15kHz工作频率下优选26μm纳米晶带材，确保磁芯损耗最小化；采用壳式磁芯结构，利于机械固定和漏感精确控制，具备更优的电磁屏蔽效果。

图1  50kHz 时，不同磁性材料磁感应强度-损耗曲线图

二、绕组创新：分段交错绕制降低损耗40%

铜箔分段交错绕制技术是北辰亿科的核心工艺之一。通过优化绕组排布与电流路径设计，邻近效应损耗可降低达40%，同时有效控制漏感参数，为DAB变换器的软开关设计提供精确的漏感值。

三、绝缘与热管理：复合绝缘+微水道冷却

绝缘方面，采用Nomex纸与PI薄膜组合方案，层间场强控制在<3kV/mm；配合真空压力浸渍处理，爬电距离缩减约20%。

热管理方面，内置微水道铜箔绕组设计使热阻降至0.08K/W以下，体积减小约30%，有效解决了高频损耗带来的散热难题。

系统性能：效率98.3%，功率密度1.25kW/L

北辰亿科高频变压器方案已通过100kW/40kHz工程样机验证，核心性能指标行业领先： 

01  效率98.3% 

      采用纳米晶磁芯+分段交错绕组设计，磁芯与绕组损耗协同优化。

图2  常见磁芯结构类型图

02  功率密度1.25kW/L

      复合绝缘+微水道冷却技术，体积较传统方案缩减30%以上。

03  4周完成工程样机

      依托成熟的设计平台与供应链体系，快速响应客户需求。

04  完整测试平台

      已搭建80-100kW/40kHz测试系统，涵盖电气采集与多通道测温。

竞争优势：技术领先·成本可控·快速落地

01  技术领先

      采用“纳米晶壳式磁芯+分段交错绕组+复合绝缘+微水道冷却”的2025年可行性路径，实验室实现效率98.3%、功率密度1.25kW/L。

02  成本可控

      国产SiC器件+自研磁芯工艺+自主封装，物料成本较进口方案低20-30%。

03  快速落地

          1月完成工程样机，已搭建完整测试平台，与多家头部客户达成试点意向。

图3  放射状中压直流配电系统结构图

结  语

北辰亿科将继续致力于感应加热技术的研发和创新。

为客户提供更加高效、节能、环保的加热解决方案。

助力工业生产实现绿色转型。

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