作者：Chema Molina，硅谷电力电子博士，Frenetic创始人

全球AI算力需求持续爆发，英伟达800V高压直流供电方案成为新一代数据中心标准，高压高频工况下传统分立标准磁芯体积大、损耗偏高，难以适配服务器小型化需求。行业逐步转向集成式、定制化磁芯设计路线，本文基于Frenetic仿真平台完成三套PQ磁芯方案建模与实测，对比分立、拼接、开模一体化磁芯在损耗、体积、量产成本上的差异，详解定制磁芯改型思路、散热优化方案及不同算力项目选型建议。

项目基础规格：AI数据中心LLC电源参数

本设计对标英伟达新一代数据中心HVDC架构，整机关键电气参数：

输入电压 Vin=800V｜输出电压 Vo=50V

额定输出功率 Po=10kW｜谐振频率 fres=100kHz

励磁电感 Lm=200μH｜谐振电感 Lres=40μH

散热方案：铝壳灌封树脂散热

常规LLC设计思路分为分立磁件、复合拼接磁芯、全定制一体化磁芯三个梯度，也是电源工程师选型迭代的通用路径。

带详细参数的LLC全桥拓扑结构

方案1：分体式设计｜变压器+独立谐振电感（两颗标准PQ磁芯）

行业保守成熟方案，变压器、谐振电感分开选型标准磁芯，刻意压低变压器漏感，谐振电感单独实现。

主变压器：PQ65/54（3C95铁氧体）

原边16匝、副边1匝，漏感Llk=1.2μH，器件总损耗29.74W。

PQ65型变压器的性能

独立谐振电感：PQ40/40标准磁芯

绕组22匝，单独实现40μH谐振电感，电感损耗11.89W。

PQ40谐振电感的性能

优势：磁芯现货采购、绕制工艺成熟、量产成本低、研发风险小。

劣势：双元器件占用空间大，功率密度低，不符合AI服务器小型化趋势。

方案2：磁芯拼合一体化｜不用开模，单磁体替代两件器件

在不定制开模前提下，采用PQ65/54主体+半片PQ65磁芯叠加的拼接结构，把变压器与谐振电感集成单只磁件：利用中间磁柱磁通相互抵消原理，省去独立电感的外壳与安装空间，是介于分立与定制之间的性价比方案。

带磁通抵消功能的变压器与电感器合并结构

优点：不用新开模具、缩短装机空间、磁件数量减半、损耗小幅优化。

短板：受标准磁芯固有外形约束，整机高度无法继续压缩，绕组散热优化空间有限，无法把谐振电感完全依托变压器漏感实现。

合并结构中电感的性能结果

多数中低端数据中心电源会止步于此方案，但高端AI电源受整机结构限高约束，必须走向磁芯定制化。

方案3：定制开模一体化磁芯（漏感替代谐振电感）

三大定制目标

1、取消独立谐振电感：依靠变压器自身漏感实现40μH谐振电感；

2、整机硬性限高：磁件总高度≤42mm，适配整机铝壳液冷/灌封散热；

3、优化散热+降低铁损：增大磁芯有效截面积Ae、优化绕组开窗结构，方便绕组紧贴铝壳散热。

定制磁芯迭代设计过程

原标准PQ65/54参数：有效截面积Ae=597mm²，最大磁通密度Bmax=200mT，铁损22W。

依据IEC60205磁芯设计规范，以PQ65外形为基底迭代改型：

1. 加宽磁芯中柱，最终Ae提升至733mm²，Bmax下降超10%，铁损从22W降至17W（铁损和磁通密度非线性相关，磁通小幅下降，铁损降低约20%）；

2. 固定总高度H1=42mm，磁芯壁厚遵循飞磁（Ferroxcube）工艺下限8mm，优化绕组开窗：原开窗35.5×29mm→新开窗25×33mm，开窗面积小幅缩减但绕组外露面积增加，大幅改善铝壳灌封散热；

3. 原边副边绕组间增加绝缘隔离垫片，拉大绕组间距抬升漏感至41μH，完美替代40μH外置谐振电感，实现单磁件集成变压器+谐振电感双重功能。

PQ65/54尺寸

调整后的尺寸

定制方案实测结果

一体化磁件总损耗37.57W，相比分立方案损耗更低；环境温度25℃时，磁件最高温升仅86℃，满足数据中心长时间满载运行要求。

优势：体积最小、功率密度最高、布线最短、寄生参数最优；

短板：需要向Ferroxcube等磁芯厂商开模定制，前期开模成本更高，适合大批量高端AI服务器电源项目。

绕组分布

三种方案横向对比&选型建议

选型总结：

1. 成本优先、批量不大：优先分立标准磁芯；

2. 平衡成本与体积：磁芯拼接集成方案；

3. AI高密度算力、整机限高严苛：定制一体化磁芯是最优解，也是未来高压LLC磁性设计主流方向。

定制磁芯落地实操收尾

设计阶段：可用Frenetic仿真软件完成磁芯尺寸迭代、损耗仿真；

量产落地：完成尺寸建模后交付Ferroxcube等铁氧体厂商，由厂家结合烧结、模具工艺做尺寸优化评审后开模生产；

进阶优化：后续可在原副边绕组之间增设铁氧体磁环，进一步提升漏感，继续压缩磁芯高度。

定制磁芯不是设计首选，先标准化、再拼接集成、最后按需定制是磁性工程师的标准开发流程。在AI算力爆发的当下，数据中心电源功率密度要求逐年收紧，依托漏感集成谐振电感的定制磁芯方案，正在从小众高端方案慢慢变成头部电源厂标配。

想要复刻本文三种磁芯仿真计算，推荐使用Frenetic Magnetic Simulator完成磁芯尺寸迭代、损耗与漏感仿真，大幅减少手工公式演算工作量。持有Frenetic账号的工程师，可前往Frenetic沟通获取工程仿真文件。