當航空航天領域在1990年代首次采用蝕刻銅箔替代漆包線時，磁性元件三維布線時代的序幕便已悄然拉開。與傳統(tǒng)繞線變壓器相比，PCB繞組變壓器的本質突破并非在于電磁原理革新，而是將手工纏繞的隨機性轉化為微米級可控的幾何精度——線寬公差從±200μm壓縮至±10μm。

本期高端訪談，《磁性元件與電源》采訪了長沙泰科斯德技術有限公司總經理楊習斌，共同探討PCB繞組變壓器的性能優(yōu)勢、痛點及未來發(fā)展趨勢。

三大優(yōu)勢奠定PCB繞組變壓器發(fā)展?jié)摿?/p>

相比于傳統(tǒng)變壓器，PCB繞組變壓器有著無可比擬的優(yōu)勢：

一是繞組排布靈活度高。以磁芯中柱繞制半匝副邊為例，手工繞線無法實現＜1匝的精確纏繞，機器繞制難度也指數級增加。

但PCB繞組卻可以輕而易舉地實現任意角度走線，如45°/135°非正交設計、銳角/鈍角、立體跳層等。

二是制程精細化。傳統(tǒng)變壓器制程一般是毫米級，PCB繞組變壓器制程可達微米級。

三是參數控制精準。PCB繞組變壓器參數可控（半匝電感量精度達±3%），并支持磁路重構，局部增強耦合（如半匝集中靠近氣隙），以及熱路重構（在發(fā)熱區(qū)增厚銅箔）。

綜合來看，匝數非整數、繞組空間曲率變化，PCB是唯一解；磁-熱耦合精準調控，PCB繞組變壓器也是最優(yōu)解。

5%市占率的困局

但是這種劃時代的產品結構，在當前市場上卻鮮少見其身影。

據楊習斌介紹，目前PCB繞組變壓器在整個電源市場的占比預計僅為5%左右。“并沒有特別明確的應用市場，目前相對明確的主要是通訊電源、手機充電器和模塊電源（如1/4磚、1/8磚DC-DC模塊電源）等對體積要求比較高場景。”

而導致這一結果的原因，是多方面的：

一是成本枷鎖。相比于傳統(tǒng)變壓器，PCB方案單價溢價高出35%左右，月產能＞10萬只才能與傳統(tǒng)變壓器持平。

二是功率上限低。FR4和聚酰胺基材導熱性差，繞組銅排熱量難以導出，功率躍升成為PCB繞組變壓器的瓶頸。從整個行業(yè)看，目前量產的PCB繞組變壓器功率普遍小于500W，其適用范圍窄。

三是寄生參數優(yōu)化難度高。為了提升載流能力，PCB繞組變壓器需采用多層疊加結構，但鄰近效應會導致其渦流損耗顯著增大，加上窗口面積小，分布電容比傳統(tǒng)變壓器更大，優(yōu)化難度也更高。

其實早在新世紀伊始，華為、中興等頭部企業(yè)已開始嘗試在服務器電源中采用PCB繞組變壓器。但正是因為基材導熱差、高散熱成本以及多層疊構的寄生參數，最終導致PCB繞組變壓器溢價難破，并未真正普及應用。

14盎司銅厚突破千瓦功率瓶頸

泰科斯德在汽車電子領域的PCB繞組方案技術儲備始于2019年，通過多方技術探索，于2020年完成多個量產批次驗證，充分具備技術落地能力。

楊習斌透露，提升功率需要增加銅厚，但這會導致多方面的問題：

一是會加劇高頻下趨膚深度，降低內部金屬利用率；

二是銅與FR4基材導熱系數不同，會導致熱量在銅-基材界面堆積，形成橫向熱阻壁壘，增加熱失控風險，銅排越厚，基材碳化風險越高；

三是銅與FR4基材熱膨脹系數差異回流焊時界面剪切應力變大，增加分層率。

突破千瓦級功率瓶頸。據了解，目前業(yè)界的工藝水平普遍在3-5盎司，而泰科斯德PCB繞組變壓器銅厚已增加至14盎司（約0.5mm），功率已突破千瓦級。

楊習斌認為，在保證多層板可制造性及電磁場分布不受影響的前提下，盡可能提升基材的導熱性能是關鍵。為此泰科斯德嘗試了各種基材的性能，并取得顯著效果。

探索新基材性能。“目前來看陶瓷基板PCB方案具有較大發(fā)展?jié)摿Γ灰鉀Q多層板內部的埋孔（類似于盲孔結構）工藝難題即可。”楊習斌如此告訴《磁性元件與電源》。

優(yōu)化系統(tǒng)熱設計。楊習斌還提到，泰科斯德從系統(tǒng)熱設計入手，在設計過程中解決繞組發(fā)熱均衡問題，增大 PCB 接觸面積，優(yōu)化內部銅排熱量導流通道，并確保良好的外部散熱條件；通過3D 利茲線結構優(yōu)化繞組布局設計，抑制分布電容，并結合具體的電路拓撲進行參數匹配設計。

需要強調的是，這些問題源于 PCB 繞組的結構特性，難以有通用解決方案，需結合具體應用進行設計和工藝優(yōu)化。

楊習斌告訴《磁性元件與電源》，對于PCB繞組變壓器而言，真正的挑戰(zhàn)正是這種方案設計能力，尤其是各種寄生參數的優(yōu)化能力，這需要企業(yè)掌握精確計算的磁性元件設計方法，而非傳統(tǒng)的經驗主義。

而這恰恰也是業(yè)界所缺乏的，目前多數磁性元件企業(yè)并未參與到PCB繞組變壓器的設計過程，更多只是負責組裝，原因在于很多磁性元件企業(yè)并不具備配合電源企業(yè)開發(fā)的方案設計能力。

算力戰(zhàn)爭催生替代奇點

不過，隨著AI算力需求的爆發(fā)，PCB繞組變壓器得天獨厚的優(yōu)勢正一步步展現，尤其是精度優(yōu)勢正重塑產業(yè)版圖，一場靜默的技術替代浪潮正在醞釀。

未來算力密度提升導致耗電量激增，服務器電源的功率密度持續(xù)攀升是必然趨勢。隨著功率密度的提升，PCB繞組變壓器將成為服務器電源的更優(yōu)選擇。

當參數容差從“厘米級”進入“微米級”，經驗主義讓位于模型驅動，工程師的核心能力從“公式套用”轉向“跨物理場耦合解耦”，這將大大壓縮通過試錯方式找到設計最優(yōu)區(qū)間的可能性。

傳統(tǒng)變壓器設計更多基于經驗主義的試錯，大部分設計是通過經驗公式（如Steinmetz Equation）完成的，其寬泛誤差范圍較大。在過去設計裕量充足時尚可滿足需求；但面對AI服務器高頻化、小型化趨勢下的嚴苛參數容差，此類公式以及“補丁式進化”已觸及設計極限，無法支撐精準設計。

PCB繞組變壓器憑借結構自由度與制程精度，正從“可選項”變?yōu)榇蠊β孰娫吹摹吧姹匦桧棥薄CB繞組特有的設計靈活性，使其能夠在研發(fā)前端即系統(tǒng)性化解多類技術難點。這不僅大幅簡化了生產環(huán)節(jié)的工藝復雜度，更在終端應用中實現了顯著提升的一致性與可靠性。

楊習斌認為，未來真正推動PCB繞組變壓器在國內普及的，就是基于繞組靈活排布磁集成方案或矩陣變壓器結構。“我們預判，PCB繞組變壓器將在未來3-5年內取代大功率場景中50%以上的傳統(tǒng)變壓器，尤其在AI服務器電源領域將實現近乎全面替代。”

而楊習斌這番話，也可從英偉達發(fā)布的數據中心800V電源架構中得到驗證。

由于數據中心傳統(tǒng)48V低壓母線方案存在銅耗巨大、損耗高、發(fā)熱嚴重等，2025年5月，英偉達正式宣布推出下一代800V高壓直流（HVDC）數據中心電源架構設想，旨在解決AI數據中心高功率需求下的能效和基礎設施瓶頸問題。

從APEC2025（全球電力電子領域最具影響力的專業(yè)會議之一）對400/800V高壓直流（HVDC）數據中心電源架構供電方案的解讀分析可以看出，就磁性元件方案而言，都采用了PCB繞組變壓器。

結語

當半導體器件在摩爾定律驅動下實現指數級迭代時，變壓器仍深陷于材料物理的桎梏，其核心形態(tài)與上世紀中葉相比未發(fā)生本質躍遷。PCB繞組這場革命，不僅讓變壓器更美觀，更讓其從能量轉換器進化為磁電智能體，有望彌合代差鴻溝。

好消息是，雖然國外的研究投入和應用探索遠多于國內，但并不存在跨時代的代差。那么，在三維集成與多物理場耦合層面重構電力電子系統(tǒng)的創(chuàng)新范式的過程中，國內變壓器企業(yè)能否將技術主權搶在手中？