前面我们已经讲述了一些关于电感及磁芯的基本知识,这一节我们来讨论一个很多人关心但答案却很不明确(对于大多数人)的问题,这也是业界很多人(特别是做开关电源的工程师)讨论得最多的问题,即:
电感器的能量到底储存在哪里?
我们可以到网上搜索一下这个话题,如下图所示:
有些网站针对这个问题还进行了比较广泛地讨论,我们暂且不讨论他们的理解是否正确(如果本文的观点与某些发言人不一致,请勿对号入座并请忽略我们的观点,《电子制作站》在此感谢您的理解与支持),但有一点却是十分明确地存在:很多人对这个问题的答案观点不一致!换句话说,对“电感储能”的理解尚有很多分歧,但是能够深刻理解“电感的能量储存在哪里”这个问题,对于开关电源中的电感器与变压器的设计有着非常重要的意义,可以说阅读了《电感》系列文章的读者对“电感储能”的理解绝对可以甩其它人N条街(关注了“电子制作站”订阅号dzzzzcn的朋友们请不要把答案扩散给其它告诉没有关注的人,让他们后悔没有关注我们的订阅号,么么哒JJ),因此,在进一步讲述其它由电感原理构成的元器件(如电感器、变压器、共模扼流圈、磁珠等等),有必要将这个问题弄清楚。
电感器相对电容器会神秘得多,因为磁能比电能更不容易理解,比如,我们可以清楚地说出电容器是用来存储电荷(电场能)的,正负电荷分别储存在两个平行板上,甚至还可以拿出《电容》章节学到的Q=CV方程式来佐证一下,换句话说,对于“电容的能量储存在哪里”的答案相对会明确得多。那电感器的能量储存在哪里?恐怕大多数人都说不上来,甚至有多年工作经验的开关电源工程师都各自有互相矛盾的说法。
有人说:能量应该是存储在磁芯吧!那空心线圈的能量又存储在哪里?空气里?
有人说:能量储存在磁芯的气隙里(也就是空气中),磁芯本身也有很多气隙。这种说法的基本思路就是:空气的磁阻比磁芯的磁阻要大,所以磁路中空气的能量也越大,这类比于电阻串联电路中,电阻值越大,则它消耗(储存)的能量也越大(P=I2R),因为电流是一样的。
有人说:能量肯定是存储在气隙里,比如反激式变压器的磁芯开了气隙之后,存储的能量就大了很多。
也有人说:能量就储存在磁场里,或能量储存在气隙的磁场里!这个答案有点牵强,甚至有点搞笑!这不相当于没说吗?(当然我不会说这是废话)是个人都知道呀!这就相当于在说:磁场能存储在磁场里!电场能存储在电场里,和尚住在和尚庙里(但是,和尚并不一定住在和尚庙里,这并不是一句玩笑,后续我们再来谈这个问题)!当然,这毫无疑问是正确的,然而,这对于理解电感的储能并没有什么卵用。
主流的观点有两个,即电感的能量储存在(1)磁芯或(2)气隙里。
或许我们换个方式提这个问题要好一些。