引言
在這篇入門文章中，我們將討論電感在開關電源中的作用。如果您是電源設計新手，並且想知道為什麼二極體看起來像是正向偏壓的，而實際上它不應該是正向偏壓的，那麼很有可能，這是電感造成的。這篇文章正適合您。
了解電感器
最初，我們在大學學習過電感器，包括交流和直流電路。在交流電路中，我們給電感器一個正弦輸入，觀察其振幅和相位的變化。在直流電路中，我們提供一個單位階躍輸入，研究由此產生的電感電流或電壓的變化。
然而，開關電源中電感器的行為與大學學習的簡單交流或直流電路有很大不同。
電感器基本原理
電感器始終試圖維持流過的電流。它透過產生反電動勢 (EMF) 來阻止電流的任何變化。例如，如果有 1A 電流流過電感器，並且試圖改變電流，電感器就會產生反電動勢來阻止這種變化。這個原理可以比作推動一輛靜止的重型汽車——它最初會阻止運動，一旦運動起來，它就會阻止停止。
直流電路中的電感器
考慮一個簡單的直流電路，其中包含一個 1V 電池、一個開關、一個 1 歐姆電阻和一個電感。初始時，電感中沒有電流流過。當開關閉合時，施加 1V 電壓，電流開始流動。電感透過產生等於施加電壓（0V）的反電動勢來阻止電流從 1A 變為 1A。這使得流經電感的電流隨時間呈對數上升。
開關電源中的電感器
在電源供應器中，電阻接近零歐姆，電流不遵循相同的對數曲線。相反，它以直線上升，形成三角形電流波形。電流的通斷會產生這個三角形形狀，簡化使用直線方程式 (y = mx + c) 的分析。
電路分析範例
假設一個電路包含一個 1V 電源、一個開關、一個 1 歐姆電阻、一個電感，以及一個由另一個開關控制的 2 歐姆電阻。當第一個開關閉合時，電流會升至 1A。如果第一個開關斷開，同時第二個開關閉合，電感迫使電流流過具有 3 歐姆電阻的新路徑，產生 3V 的反電動勢，以維持 1A 的電流。
機械開關與半導體開關
機械開關可以瞬間斷開，產生較高的反電動勢，可能使空氣電離並產生火花。這就是為什麼開關的交流額定電壓高於直流額定電壓的原因。然而，半導體開關的斷開和閉合需要一定的時間，這會影響電感器的特性。電感器反電動勢的標準公式是 E = -L (di/dt)，此公式由法拉第定律和楞次定律推導出來。
實際電源中的電感行為
在實際電源供應器中，由於 MOSFET 的高 di/dt 值，其快速開關會產生較大的電壓尖峰。例如，在 10 奈秒內從 0A 切換到 10A 會產生巨大的反電動勢，表現為噪音和尖峰。
結語
在本文中，我們討論了 DC-DC 開關模式電源中電感器的行為、三角電流形狀、反電動勢的方向以及高 di/dt 對電壓尖峰的影響。
