1樓：夏日寒風
如上面那位大神說的，要減少變換器體積，個人覺得變換器架構是首先要考慮的，LLC了解一下，移相全橋也不錯，如果能完全吃透，變換器的發熱量應該是比較小的，另外開關管選用寄生引數小的，也會有幫助；其次，開關頻率也是乙個關鍵因素，開關頻率越高，變壓器或者電感的體積可以變小，但隨著開關頻率提高
2樓：廖韜韜子
題主好，我是uiuc littlebox challenge的一員，現在還在組裡繼續phd。我們littlebox是用的flying cap multilevel。本身這個拓撲不是什麼新東西，一開始提出fcml是為了提高大功率drive inverter的emi和能到更高的電壓。
但是在中小功率範圍來看，mlcc的能量密度比電感高很多，這樣總體來說，mlcc可以替代電感儲存能量，然後因為高的能量密度，整體passive component的體積就變小。multilevel本身還有兩個特點也可以減小系統體積。第乙個是減小emi，因為相比一般的buck，fcml的switching node的dv和頻率都更高，所以相比60hz的主頻，更容易慮掉。
第二是更容易設計散熱，相比一般的buck，fcml的損耗均勻分布在所以開關上，這樣散熱面積大，然後單點的熱量少，所以散熱器也會小很多。
大的方向來講，提公升頻率也是為了減小儲存在passive component裡的能量然後達到減小體積的目的。但是就像題主說的，這樣帶來的挑戰也很多。不過multilevel本身問題也很多，比如說啟動和可靠性。
所以也是得找到乙個最佳的平衡點哈
3樓：龐穎
這問題是現在一大研究熱點。無力完整作答，但是有幾點值得一提。
題主和幾位答主都提到了提高開關頻率，而且是上10MHz。但如果參考little box的冠軍，你就發現他們的開關頻率在700-800Khz。eth kolar參賽團隊（功率密度也非常高，只是燒機一百小時沒過關）賽後繼續在這個問題上做了大量的研究，發現最優點確實也在這個範圍內。
從減小磁性原件來說，並不是開關頻率越高體積便越小。以delta B不變為前提下，一是磁損會隨開關頻率公升高而增大，二是保證銅耗在一定範圍內就已經給視窗面積做了下限。三是，就算你在所有工作點都實現軟開關，軟開關也是有損耗的。
器件的輸出電容的power factor並不理想。開關頻率公升高在輸出電容充放電上損耗更大。
其實冠軍團隊贏在了控制上。所有反饋電壓電流全是基於軟體實現的狀態觀測。電路裡面沒有感測器就省了好多空間。
然後都是有源濾波，無源器件又丟掉了一堆。損耗也丟掉了一堆。然後他們特殊設計的蜂窩型散熱器也是關鍵一步。
比賽後好幾位大牛發聲（比如cuk和ridley）其實上十10Mhz的東西工業界多年前就玩過了，發現沒好處就又降回來了。大家願意為各種器件狂熱但是很少人相信拓撲和控制優化所能帶來的好處。如果大家關注過Finsix這家公司最近的新聞興許會覺得有道理。
或者舉個具體例子，同樣拓撲下開關頻率為75khz對應的emi filter會比35khz的小嗎？答案是否定的。
再說，這些產品開發費用其實比冠軍獎金高……說到這應該就明白不僅僅是理論難度還有工程難度了吧……
4樓：Answer xu
瀉藥。我提名乙個方向，封裝的高密度化。
1. 矽器件晶圓級別的整合
2. 器件布局的三維化
舉例來說，vicor家的BCM系列模組領先業界5年以上啊
5樓：為量
1. Core loss：用air core，然後不要考慮散熱，可以直接push到焊錫融化，而且溫度越高radiation越好
2. 器件的封裝：gan的一些器件（EPC，GaN sys，各種startup）封裝已經很不錯了；Si更是應有盡有
3. isolated gate drive：用 air core transformer做isolation
4.emi：conductive emi的標準只到30MHz，switch高於30MHz就OK。
radiative emi可以外面做個金屬盒子做faraday shield。另外還有ism bands可以選擇。
6樓：
電力電子裝置的功率密度其實核心是發熱和散熱問題。發熱與功率器件有關，這個只能等半導體工藝慢慢發展。散熱是乙個物理問題，材料其實已經有很多了。
核心是你願意花多少錢，你的客戶願意花多少錢。
7樓：
答完了才發現問題描述，太長了不看了。答案也不刪了，畢竟好容易答次題。求摺疊。
說說大功率的，體積和重量主要在散熱器電感母排上。 散熱器主要熱源是開關器件開關損耗，電感主要是開關頻率和諧波，母排是分布引數和電流等級。
所以提公升功率密度來講，1.低開關損耗器件，如SiC基器件。2.
提高散熱器散熱功率，如用水冷，液氮之類的強迫冷卻方式。3.充分考慮利用開關頻率和開關損耗之間關係，取最優值，在散熱增加不大情況下增加開關頻率。
4.選雜散小的母排。
總之，這是乙個最優化問題，拿公式算一下就行。
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