msPLC/msOS群內(nèi)有群友提到，對(duì)于電感，尤其是磁性材料，無從下手，確實(shí)，很多人學(xué)電源，首先碰到的就是電感問題，相比電容都有很多的標(biāo)準(zhǔn)件，而稍大一點(diǎn)的電感，都需要自己做，尤其是變壓器。而大學(xué)時(shí)期，電感方面的知識(shí)書本也只是講了個(gè)皮毛，根本沒法用，下面整理一下電感，變壓器的難點(diǎn)所在。

　　電感的儲(chǔ)能公式 W = 1/2*L*I^2。

　　這個(gè)公式，本質(zhì)上講跟電容的儲(chǔ)能公式形式等價(jià)：W = 1/2*C*U^2。

　　再自己想想，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)跟高中時(shí)期學(xué)的力學(xué)物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能公式形式也一樣：E = 1/2*M*V^2。

　　既然有動(dòng)能，那么就有勢(shì)能，彈簧的勢(shì)能，E = 1/2*K*X^2。

　　以上四個(gè)公式中，前兩者電容電感是電磁能的公式，后兩者是物質(zhì)機(jī)械能的公式。

　　大家都知道機(jī)械能中，動(dòng)能跟勢(shì)能相互轉(zhuǎn)換就是振動(dòng)，動(dòng)能跟勢(shì)能同時(shí)轉(zhuǎn)換就是機(jī)械波，比如水波、振動(dòng)波、聲音等等。波是能量傳遞的一種基本方式，可惜的是波的學(xué)習(xí)在大學(xué)物理中，很多二三線高校就沒有深入的開展，所以導(dǎo)致很多人不了解波。

　　跟物質(zhì)機(jī)械能類似，電能的容器是電容，磁能的容器是電感(準(zhǔn)確的名字應(yīng)該是磁容)，電能與磁能的相互轉(zhuǎn)換是LC振蕩，電能與磁能同時(shí)轉(zhuǎn)換就是電磁波。

　　此外，大家要注意到，所有這些公式前面都有一個(gè)1/2，這個(gè)是很有意思的，比如，在恒定電壓下，給電容充電，電容只能獲得1/2供電端的能量，還有一半損失在電阻上了，這個(gè)規(guī)律在機(jī)械上也如此，典型的就是汽車起步時(shí)很耗油，勻速后油耗。起步時(shí)汽車速度為0，燃燒的氣體對(duì)活塞做功，這些功幾乎都轉(zhuǎn)化為熱能浪費(fèi)了。所以要想降低損耗，需要降低檔位，緩慢起步，讓活塞運(yùn)動(dòng)速度與汽車速度的落差減少(這個(gè)中間有減速器和離合器，起步主要靠離合器實(shí)現(xiàn)速度落差阻尼匹配，類似RC充電電路的電阻，阻尼電壓差)。

　　電容常見的指標(biāo)有容量、耐壓兩個(gè)，其次是損耗，頻率特性，損耗跟頻率特性，跟介質(zhì)材料有極大關(guān)系。

　　那么電感同樣也有類似的指標(biāo)，電感量，耐流，其次是損耗，頻率特性，同理也跟磁性材料有極大關(guān)系。

　　電感，之前講了，應(yīng)該屬于磁容，容納磁的東西，相比電容容納電場(chǎng)，電感就是容納磁場(chǎng)，根據(jù)安培環(huán)路定律，電流就是磁，因?yàn)橛须娏骶蜁?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以跟電容對(duì)應(yīng)，電感存儲(chǔ)的是磁，也就是電流。

　　電容的電荷量公式 Q = C*U，同理電感的磁通量公式 Φ = L*I。(在多匝線圈中，要除以匝數(shù)，Φ = L * I / N)

　　電容的電荷量不能無限制的增加，若太多，電壓升高，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)擊穿 E = U / d

　　電感的磁通量同樣不能無限制的增加，若太多，磁壓升高，會(huì)導(dǎo)致磁性材料的磁飽和，這是電感學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，很多電感，都是圍繞著電感量和磁飽和展開的，而電感量和磁飽和，是一對(duì)矛盾體，接下來講這一對(duì)矛盾體。

　　我們以磁環(huán)電感為例來講，

　　電感量的公式：L = kN^2，k為系數(shù)，N為匝數(shù)，電感量跟線圈的匝數(shù)的平方成正比，注意，是平方成正比。

　　磁通量的公式：Φ = L*I/N = k*N*I。磁通量為電流與匝數(shù)成正比。

　　電感量跟匝數(shù)平方成正比，而磁通量跟匝數(shù)成正比，確定形狀后，不同的磁性材料，磁通量有一個(gè)極限，為了統(tǒng)一到材料上去，不考慮形狀，一般用磁通量密度，也就是磁感應(yīng)強(qiáng)度表示：B = Φ / S，也就是單位面積的磁通量。所以不同的材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度是不同的，比如鐵氧體材料錳鋅、鎳鋅磁飽和是0.5T，也就是5000高斯，一般取值小于0.3T，鐵粉芯的磁飽和為1T。

　　我們自己制作的電感，需要滿足兩個(gè)條件，1、電感量大小，2、磁感應(yīng)強(qiáng)度不能達(dá)到飽和、3、體積、發(fā)熱量。電感所有的問題基于這個(gè)展開。

　　設(shè)計(jì)電感，我們總是想用的磁環(huán)、短的銅線達(dá)到目的，并且還沒有發(fā)熱量。若想實(shí)現(xiàn)這個(gè)，那么磁性的材料損耗必須要低，此外銅線短一些，銅的發(fā)熱量也少，尤其在高頻下，銅線因?yàn)橼吥w效應(yīng)發(fā)熱量提高。

　　基于上述條件，一般采用高磁導(dǎo)率低損耗的錳鋅或者鎳鋅材料，錳鋅常見的是PC40材料，磁導(dǎo)率為2500，鎳鋅適合更高的頻率，但磁導(dǎo)率低一些，往往是800。高的磁導(dǎo)率，很容易得到高的電感，所以很適合做高頻變壓器?，F(xiàn)在開關(guān)電源基本上工作在100KHz上，都是用錳鋅來做變壓器的。

　　然而，在一些場(chǎng)合，比如變壓器整流后輸出，需要電感濾波，這個(gè)時(shí)候同時(shí)存在交流和直流電，很高的磁導(dǎo)率，很容易讓直流導(dǎo)致磁飽和，類似一個(gè)喇叭，沒聲音的時(shí)候，應(yīng)該在音圈振動(dòng)的中心原點(diǎn)，而因?yàn)橛兄绷鞔嬖?，偏離中心點(diǎn)了，這樣交流波動(dòng)的范圍就大大縮小。所以這個(gè)時(shí)候需要調(diào)整策略，首先要選擇磁飽和大的磁芯，比如上面講到，鐵粉芯磁飽和可以達(dá)到1T，高于錳鋅一倍，其次，鐵粉芯磁導(dǎo)率較低，一般為60甚至更低，磁導(dǎo)率低了，繞的圈數(shù)就要多一些才能達(dá)到想要的電感量，或許大家會(huì)問，電感量低了，圈數(shù)繞多了，同樣也要導(dǎo)致磁飽和啊，不知道大家注意到上面講的一點(diǎn)沒有，電感量跟圈數(shù)的平方成正比，而磁感應(yīng)強(qiáng)度跟圈數(shù)成正比，也就是說，隨著圈數(shù)的提高，電感量很快達(dá)到我們想要的值，而磁感應(yīng)強(qiáng)度卻沒有達(dá)到飽和。利用電感量跟圈數(shù)的平方關(guān)系，而磁感應(yīng)強(qiáng)度與圈數(shù)線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了很好的平衡電感量與磁飽和，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。

　　像現(xiàn)在的大功率電源前段都有PFC，也就是功率因數(shù)校準(zhǔn)，都需要升壓用的電感，這個(gè)電感流過的電都是交直流復(fù)合的，所以一般用鐵粉芯材料，現(xiàn)在比較好的一種鐵粉芯名叫鐵硅鋁，磁導(dǎo)率125附近，發(fā)熱量較低。

　　可以這么講，目前市面上大部分開關(guān)電源，變壓器一般用高磁導(dǎo)率的鐵氧體材料錳鋅，而升壓、降壓濾波，帶直流分量的都是用低磁導(dǎo)率的鐵粉芯材料。