变压器里做漏感，铜损为什么会涨一倍

把双有源桥的串联电感做进高频变压器，铜损会从 16 瓦涨到 33 瓦。想在同一副磁芯里存下 50 微亨漏感，就得放弃交错排布，8 层导体的交流电阻比从 1.07 抬到 2.19。省掉的那只外置电感自己也要吃掉 38 瓦，整机损耗反而降了 21 瓦。

一句话答案 漏感靠拉开原副边绕组距离做出来，交错一放弃，8 层导体的交流电阻比升到 2.19，铜损翻倍；省下的外置电感损耗更大，整机净省 21 瓦。

漏感不是靠气隙做出来的

串联漏感是指变压器原副边之间没有交链的那部分磁通所对应的等效电感。双有源桥（Dual Active Bridge，DAB）靠它传功率，移相角固定时，传输功率与漏感成反比。

工频变压器要调电感，开个气隙就行，磁阻落在气隙里，好算也好调。高频平面变压器没有气隙，磁芯是两片对扣的，中间只隔一层薄粘接。漏感只能由绕组在窗口里的位置决定。

漏磁能量等于半个磁导率乘磁场强度平方，再对体积积分。磁场强度由原副边的安匝差给出，两边的安匝贴得越近，差越小，存下来的能量越少。

所以要做大漏感，路径只有一条：让原副边离得远一点，或者把交错绕法拆掉。这条路径和降铜损的方向正好相反。

按双有源桥的功率式，传输功率等于两端口电压乘积乘移相角与派的差，再除两倍派平方、频率与漏感。800 伏、400 伏、20 千赫兹、50 微亨，27 度移相刚好送 20 千瓦；漏感掉到 40 微亨，同样的功率只需 20 度移相。

交错一放弃，层数就是损耗

交错的作用是把 8 层导体拆成若干个只有 2 层的安匝组，磁场只在组内累积，出组就抵消。交流电阻比于是变成一个只与组内层数有关的量，与总层数无关。

近似算式是：交流电阻比 ≈ 1 +（箔厚 ÷ 集肤深度）的四次方 ×（5 × 组内层数平方 − 1）÷ 45。集肤深度取 20 千赫兹、20 摄氏度下的 0.467 毫米。

箔厚 0.3 毫米时，箔厚与集肤深度之比是 0.64，四次方得 0.168。组内 2 层算出 1.07，4 层 1.29，8 层 2.19。同一副绕组，同样的铜，交流电阻差一倍。

这里容易被忽略的是总层数不进公式。16 层全交错、每组 2 层，交流电阻比仍是 1.07；同样 16 层不交错，比就跳到 5.8。层数本身不产生损耗，安匝累积才产生损耗。这条近似式 1966 年由 Dowell 给出，六十年里只改过系数，没改过前提。

还有一层。一维公式假设箔宽远大于箔厚，边缘的磁通弯曲没算进去。箔宽 30 毫米、箔厚 0.3 毫米，宽厚比 100，二维有限元算出的交流电阻比一维值高 15% 左右。绝对值要按 2.5 留余量，五种排布的相对高低不变。

图 1　三种绕组排布与安匝分布对照，左为全交错、中为半交错、右为八层分组（自行绘制，为原理示意，非原文原图复制）

八层铜损算到 33 瓦

按公开参数测算。假设 20 千瓦、800 伏进 400 伏出、20 千赫兹、原边有效值 25 安、绕组直流电阻 24 毫欧。直流铜损等于 25 的平方乘 0.024，得 15 瓦。

乘上交流电阻比，交错排布 16.1 瓦，半交错 19.4 瓦，八层一组 32.9 瓦。铁损按 0.1 特斯拉、20 千赫兹的纳米晶估算，三种排布都是 8 瓦，不随绕组变。

铁损这一项值得单独说。20 千赫兹、0.1 特斯拉下，纳米晶的单位损耗大约 1.6 瓦每千克，磁芯 5 千克，合计 8 瓦。这个数只由磁芯体积与工作磁密决定，改绕组排布动不了它。

铜损从 16.1 瓦涨到 32.9 瓦，多付 16.8 瓦。这 16.8 瓦全部落在变压器身上，散热面积一点没变。

表注：漏感按同一磁芯、同一窗口宽度测算，归一化基准为全交错排布的 12 微亨；铜损只计原边折算值，不含副边与端子；判定列以 20 千瓦满载、27 度移相角为工作点。

外置电感那笔损耗没人算

50 微亨、25 安、20 千赫兹的外置电感，铜损加铁损大约 38 瓦，还要占 0.3 升体积和两个接线端子。这部分损耗在只比变压器的表里看不见。

38 瓦的构成也值得拆。绕组用 4 平方毫米铜带绕 18 匝，直流电阻 9 毫欧，铜损 5.6 瓦；磁芯用两副 EE 型纳米晶对扣，加 1.2 毫米气隙，铁损 32 瓦，因为气隙边缘的扩散磁通让局部磁密抬高。

把三笔账合起来：全交错加外置电感 62.1 瓦，半交错加 26 微亨电感 47.4 瓦，八层集成 40.9 瓦。铜损最高的方案，整机损耗最低。

这就是取舍的反直觉之处。铜损翻倍不等于效率变差，因为损耗从一只独立磁件搬进了变压器，搬运过程本身省下 21 瓦，折到 20 千瓦上是 0.1 个百分点。

体积这笔也要摊开看。外置电感 0.3 升，加上两个端子的爬电距离，实际占 0.35 升。集成方案把这部分并进变压器，磁件总体积从 1.25 升降到 0.95 升，按 20 千瓦折算，功率密度从 16 千瓦每升提到 21 千瓦每升。

端子上还有一笔小账。外置电感要多两个螺栓连接，每个连接点 0.3 毫欧，25 安下各 0.2 瓦，两个就是 0.4 瓦；更要紧的是这两个点会随振动松弛，两年后接触电阻翻倍。

图 2　五种方案的整机损耗分解，蓝色为变压器铜损，浅色为铁损，橙色为外置电感损耗（自行绘制，按本文测算数据重绘）

电容和公差是另外两笔账

交错让原副边贴得更近，层间电容从 96 皮法涨到 380 皮法，共模电流按比例上涨。中压侧的电压跳变率没变，通道却宽了近四倍。

按 4 千伏每微秒的跳变率、380 皮法估算，位移电流 1.5 安，持续几十纳秒。这个电流要走轴承或 Y 电容，Y 电容加大又反过来拖慢绝缘监测。

漏感靠层间距控制，PCB 半固化片厚度公差正负 10% 会直接变成漏感正负 12%，而外置电感的公差是正负 3%。三倍差距来自介质厚度不可控，铜箔厚度反而稳定。

31 开温升对应的热点是 91 摄氏度，离 130 摄氏度的 PCB 等级还有 39 开余量。这个余量只在 60 摄氏度环境、风速 2 米每秒下成立；风机停转时热阻从 0.75 涨到 2.1 开每瓦，温升直接到 86 开。

漏感偏 12% 时，同一移相角下的传输功率同步偏 12%，10% 负载附近容易掉出软开关区，关断尖峰抬高。处置办法是出厂逐台测漏感分档，再用磁分流螺钉微调。

按 20 千瓦走一遍选型

按以下约束走一遍选型。20 千瓦车载充电模块，800 伏进、400 伏出，开关频率 20 千赫兹，环境 60 摄氏度，变压器允许温升 40 开，整机体积上限 1.2 升。

候选三个：全交错加 50 微亨外置电感；半交错加 26 微亨外置电感；八层分组集成 50 微亨。

逐项对比：整机损耗 62.1、47.4、40.9 瓦；磁件体积 1.25、1.18、0.95 升；接线端子 4、4、2 个；变压器温升 18、21、31 开。

选定八层分组集成。损耗最低、体积最小、端子最少，温升 31 开仍在 40 开以内。

代价有两条。漏感公差从正负 3% 放宽到正负 12%，需要增加出厂分档工序；漏感对层压厚度敏感，返修换半固化片会改变工作点，必须重测。

行内那句话漏了什么

“漏感集成能省一只磁件”只说了体积收益，没说损耗搬到了哪里。真正的边界在温升余量上，不在效率表上。

公开样机报 99.1% 的效率，是在 150 瓦等级上测的，铜损绝对值不到 1 瓦。同一套排布放大到 20 千瓦，铜损按电流平方放大，铁损只按体积放大，热点温升从个位数涨到 31 开。

可证伪的判据是：若目标漏感不到全交错自然漏感的 2 倍，半交错就够，铜损只多 3.3 瓦；若超过 4 倍，铜损增量开始追平外置电感损耗，此时才轮到集成划算，前提是温升余量还有 15 开以上。

测试上还有一个坑。漏感要在 20 千赫兹、额定电流下测，用 LCR 表在 1 千赫兹测出来的值会偏大 8%，因为绕组电容在高频下开始并联，把电感读数抬了上去。分档用的基准必须是工况频率。

一句话 漏感集成买的是体积和端子，账单记在温升上，不在效率上。

文献依据：开放获取文献的独立解读

文献标题：Optimized coil arrangement for integrating leakage inductance in high-frequency transformers of dual active bridge converters

作者：Kianoush Yadollahi、Adel Zakipour

期刊卷期：Scientific Reports，2025 年，第 15 卷，文章号 35724

DOI：10.1038/s41598-025-19533-2

第二来源：Energies，2024 年，第 17 卷第 17 期，文章号 4258，DOI 10.3390/en17174258

配图说明：图 1 为自行绘制的绕组排布与安匝分布示意；图 2 为自行绘制，按本文测算数据重绘，非原文原图复制

改动声明：基于开放获取文献的独立解读，标题、结构、行文、表格、案例与配图为原创

来源：21ic电子网