介绍
在本篇入门文章中，我们将探讨开关电源中电感器的作用。如果您是电源设计新手，并且疑惑为什么二极管看起来好像正向偏置，而实际上却并非如此，那么很可能是因为电感器的作用。本文正是为您准备的。
了解电感器
最初，我们在大学学习电感器，包括交流电路和直流电路。在交流电路中，我们给电感器施加一个正弦输入信号，并观察其幅值和相位的变化。在直流电路中，我们施加一个单位阶跃输入信号，并研究电感器两端电流或电压的变化。
然而，开关电源中电感器的行为与大学里学习的简单交流或直流电路有很大不同。
电感器基本原理
电感器总是试图维持流过它的电流。它会通过产生反电动势来阻止电流的任何变化。例如，如果一个电感器中有 1A 的电流，而此时试图改变电流，电感器就会产生反电动势来阻止这种变化。这个原理可以比作推动一辆静止的重型汽车——它一开始会抵抗运动，一旦开始运动，就会抵抗停止。
直流电路中的电感器
考虑一个简单的直流电路，包含一个1V电池、一个开关、一个1欧姆电阻和一个电感器。初始状态下，电感器中没有电流。当开关闭合时，施加1V电压，电流开始流动。电感器会产生一个反电动势，阻碍电流从0A到1A的变化，该反电动势的大小等于施加的电压（1V）。这使得流过电感器的电流随时间呈对数增长。
开关电源中的电感器
在电源中，电阻接近于零欧姆，电流并不遵循对数曲线，而是呈直线上升，形成三角形电流波形。电流的开关动作导致了这种三角形波形，这使得我们可以用直线方程（y = mx + c）简化分析。
电路分析示例
我们考虑一个电路，其中包含一个 1V 电源、一个开关、一个 1 欧姆电阻、一个电感和一个由另一个开关控制的 2 欧姆电阻。当第一个开关闭合时，电流上升到 1A。如果同时断开第一个开关并闭合第二个开关，电感会迫使电流流经新的 3 欧姆电阻路径，从而产生 3V 的反电动势以维持 1A 的电流。
机械开关与半导体开关
机械开关可以瞬间断开，产生很高的反电动势，足以电离空气并引发火花。这就是为什么开关的交流额定电压高于直流额定电压的原因。然而，半导体开关的开合需要一定的时间，这会影响电感器的特性。电感器反电动势的标准公式为 E = -L (di/dt)，该公式由法拉第电磁感应定律和楞次电磁感应定律推导而来。
实际电源中电感器的行为
在实际电源中，MOSFET 的快速开关会因较高的 di/dt 值而产生较大的电压尖峰。例如，在 10 纳秒内从 10A 切换到 0A 会产生巨大的反电动势，表现为噪声和尖峰。
结语
在本文中，我们讨论了直流-直流开关电源中电感器的行为、三角形电流形状、反电动势的方向以及高di/dt对电压尖峰的影响。
