简谈开关电源中的储能电感，认识伏秒积的本质

文章来自星球号——《简谈开关电源中的储能电感，认识伏秒积的本质》

作者：源知

今天我们用少量的公式聊聊开关电源中的电感，因为基础的定律是我们理解概念的核心工具，我们更喜欢“量化”的东西，这是我们设计者的思维习惯。

从规则磁芯介质得出规则磁场，也是我们大大简化计算的方法。

1、电感工作要求

电感作为开关电源中重要的磁性元器件，稳定运行原则就是伏秒积相等，外在表现为在功率开关开通时励磁（储能过程），关断时进行磁复位（释能过程），在一个周期内始终保持磁平衡，即稳态下不能进行磁累积，磁净增量一定是零，即吞吐量是相等的。在涉及磁性元器件时，不得不提的是磁通密度"B"，涉及密度问题就有饱和问题，毕竟磁密是由磁性材料决定的，每种磁性材料都有自己的磁密上限，这就是为什么我们我们在选用锰锌铁氧体材质制作电感时，取磁密0.3T；若选取比如某类非晶材质时，如取磁密0.8T的缘故，因此，在开关电源中周期性消除磁累积就是以防止磁芯饱和问题。

为什么伏秒积的本质是磁密变化？ 法拉第电磁感应定律可以连接电压和磁场的问题，如下简单推导可以看出，对于磁性元器件来说，伏秒积就是代表磁密的变化量△B，只是一个是电场的角度，一个是磁场的角度。伏秒积的变化反映了磁密的变化，二者相辅相成。

2、电感的本质意义

它表示产生磁场密度或磁感应强度"B"的能力，这也是电感的本质，外在表现为电感量。

磁通量和磁密也是紧密联系的，电感量越大，磁通越大，表示产生磁场的能力越强。磁场中的磁通、磁密等犹如电路中的电阻、电流、电压、它们之间总是存在连接关系，本质不变。

3、功率电感的用途

在储能过程中顺带平滑滤波，因为储能是时间的过程。

4、磁性元件的储能方式或机理

（1）磁性元件的组成，磁介质+绕线，一般情况下二者缺一不可，要建立这个慨念，即磁介质也可以为空气等非导磁材料，如空心电感，磁介质实则为空气等，开关电源中储能电感为了得到一定的电感量，则一般引入良导磁介质，如铁氧体、各类磁粉芯等。

（2）磁场强度H和磁感应强度B关系可以借助如下系统框图描述

开关电源中的储能电感，我们把电流产生或引起的磁场"H"当做激励输入，把磁介质如硅钢片、铁氧体等类比做我们熟悉的电路系统，磁场"H"经过系统后得到响应磁感应强度"B"，介质磁导率"u"就是磁场的增益或放大倍数。

（3）储能，绕线在外加电源通电后形成电流，因而产生磁场H，此时能量被" 导入 "磁芯介质中，完成电磁转化，储能是电场能转化为磁场能量的过程，存储在磁性元器件中的能量用磁能积描述为：

磁能积，是磁场相关量和磁芯体积之积，形象地称为磁能积，设计磁性元件，须加气隙以提高磁芯的能量存储能力。如无气隙，磁芯一旦存储少量能量就容易达到饱和，实质为得到合理的 有效磁导率和合理的电感量 。

电磁连锁关系描述了，电磁转化的过程

5、常用电感存储的能量表达式

我们常用电感量和通过电感的电流描述电感的储能，在我们的功率电感中，其实质和磁能积是相同的，只是不同的表现形式，后续我们进行推导它的由来。

以上，我们简单说了一下电感，多数是从文字角度来阐述，希望对大家有帮助。