原创 线圈为何能储能？什么是“磁饱和”？

人类摄取的食物会以肝糖和脂肪的形式储存在体内，用于肌肉和脑部活动。电子设备中负责暂时储存能源的便是电容器和线圈（电感器）。电容器正如其名，基本功能之一就是储蓄电荷。有些简易DC-DC转换器是由多个电容器和集成电路组成的。通过集成电路的开关切换，将充电的电容器连接起来，构成的变压用DC-DC转换器被称作电荷泵。电荷泵被用作手机显示屏的背光电源等，虽然简易但不擅长输出大电流，效率也不太高。因此，手机等设备还常采用包含线圈（功率线圈、功率电感器）的小型DC-DC转换器。那么，线圈为何能储存能量呢？

电容器和线圈有着相反的性质。不通直流通交流是电容器的基本功能之一。线圈则相反，通直流但抵抗交流。它的原理是电磁诱导。针对变动的交流电，线圈会产生妨碍变动的磁场，从而诱发电动力（电压）。这称为自我诱导现象，此时的线圈行为强度称为阻抗。

作为交流电的电阻使用的线圈，被称作扼流圈，取自“扼制”（Choke）的含义。荧光灯的稳定器也是一种扼流圈。从按下开关到辉光启动器的接触点变为OFF的瞬间，稳定器的线圈会一口气放出积蓄的能量，点亮荧光管。

线圈的阻抗与线圈的圈数和贯穿线圈的磁场成比例。扼流圈的核心采用硅钢、铁氧体、铁硅铝合金、非晶合金等软磁体。这种磁体会像海绵吸水一样，强力吸收磁场，提高线圈的阻抗，使其实现小型化。饱和磁通量密度表示吸收的磁通量有多少，透磁率便是吸收磁通量的容易程度。

为何必须避免核心的“磁饱和”？

硅钢板等的铁类核心材料的饱和磁通量密度大，因此常用作电磁铁或者马达、杆上变压器的铁芯。话说回来，开关式电源流动的是几十kHz以上的高频电流。因此扼流圈和变压器的磁芯无法使用金属材料。这是因为金属磁芯的电阻率较低，发热导致的能量损耗大。这称为“铁损”。于是，开关式电源磁芯会采用铁氧体、铁硅铝合金、非晶合金等。

对核心缠绕卷线的线圈来说，重要的是“磁饱和”现象。表示体的磁化过程的曲线是形状为独特S形闭环的磁滞曲线（B-H曲线）。闭环的倾斜程度表示透磁率，透磁率高的核心，其曲线在小电流下就会快速升高。

扼流圈多采用环状（甜甜圈状）核心加卷线的形式。环状核心是闭环磁路，周围不会产生泄露磁通量。逐渐增大卷线内电流，增加核心承受的磁场强度，核心内部的磁通量密度就会逐渐上升，最终到达峰值。这个值称为饱和磁感应强度。超过饱和磁感应强度后，在核心内流通大电流就可能损坏开关元件，而在核心内加入间隙就能避免这点。因为空气的透磁率远小于核心材料，其磁阻很大，可防止磁饱和。此外，这也有利于扼流圈的小型化。不过，间隙处会产生泄露磁通量，需要采取措施应对。泄露磁通量会和其它部件产生磁性结合，是造成噪声等问题的原因之一。

来源：TDK