電感(Inductor, 也稱Choke)是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲起來的元件。電感器的結(jié)構(gòu)類似于變壓器(Transformer)，但只有一個繞組(Winding)。電感具有一定的電感(inductance)，它只阻礙電流(Current)的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下，電路接通時它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感又稱扼流器、電抗器、動態(tài)電抗器等等。

電感的代碼為L, 在電路圖中的符號為：

電感是一種能將電能通過磁通量的形式儲存起來的被動電子元件。通常為導(dǎo)線卷繞的樣子，當(dāng)有電流通過時，會從電流流過方向的右邊產(chǎn)生磁場。

法拉第電磁感應(yīng)定律說，變化的磁場同時產(chǎn)生電壓和電流。那么,如果線圈中的電流是變化的，造成了磁場的變化，（也就是一般的交流電或者高頻電流）線圈會發(fā)生什么變化呢？ 

交流電是指隨時間推移電流大小和方向會發(fā)生周期性變化的電流。當(dāng)交流電通過電感時，電流產(chǎn)生的磁場將其他的繞線切隔，形成變化的磁場，因而產(chǎn)生反向電壓(Voltage)，從而阻礙電流變化。特別是當(dāng)電流突然增加時，變化的磁場會產(chǎn)生一個和電流相反方向的（即電流減少方向）的電壓，來阻礙電流的增加。反之當(dāng)電流減少時，則向電流增加的方向產(chǎn)生一個電壓來阻礙電流的減少。

另一方面，直流電由于電流不會發(fā)生變化，就不會發(fā)生反向電壓。也就是說，如果在不考慮線圈電阻值(Resistance很小)的情況下，電感器是可以讓直流電通過，對于直流的阻抗（Impedance）很小，而通不過交流電的元器件。不過，在直流進(jìn)行切斷的時候，也就是電流瞬間巨變的時候，電感會產(chǎn)生一個非常大的反向電壓。這個反向電壓特性也是現(xiàn)在電力電子能源轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，這個我們會在后面做詳細(xì)討論。

電感的結(jié)構(gòu)主要由線圈繞組(Coil/Winding)和磁芯(Core)，以及輔助的支撐封裝材料組成。

線圈(Winding/Coil)主要起導(dǎo)電作用，目前通用的是銅線和鋁線。銅線的導(dǎo)電性能比較好，損耗低，但是價格和重量相對較高。鋁線圈的價格和重量低，但是因為導(dǎo)電性能一般而損耗高。傳統(tǒng)工藝中，鋁線與焊錫的結(jié)合不是很穩(wěn)定，但是在現(xiàn)代工藝中已經(jīng)得到解決。

磁芯(Core)是由一些比空氣的磁導(dǎo)率(Permeability)高的材料組成，把磁場更緊密地約束在電感元件周圍，因而增大了電感。實際上好的磁芯是幫助電感將能量更方便的存儲在更小的空間中，因此好的磁芯對于電感性能的變化非常重要。

磁芯是指由各種氧化鐵混合物組成的一種燒結(jié)磁性金屬氧化物。磁芯的發(fā)展經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的硅鋼片(Laminated silicon steel)，到鐵粉(Iron powder), 鐵氧體(Ferrite), 鐵硅(FeSi), 鐵鎳鉬(Kool-Mu/Sendust), 非晶合金(amorphous alloy)等變化。 選擇合適的磁芯，最重要的是考慮不同的B-H曲線和頻率特性。特別是，B-H曲線決定了電感的高頻損耗，飽和曲線(Saturation)及電感量(Inductance).

磁芯從形狀又可以分成，圓柱型(Cylindrical), “C”/“U”型，”E”型，”EI”型，PQ型，環(huán)型(Toroidal)等等。

一般來說，電感只有一個繞組線圈，這個時候的電感又稱為單相電感(single phase inductor),或者自感(self-inductance)自感. 它的自感量又稱為自感系數(shù)。

有些時候電感也會有多個線圈，而線圈之間會影響的時候，就出現(xiàn)了互感。他們之間的感應(yīng)關(guān)系也成為互感系數(shù)。 

互感有一種特殊的應(yīng)用叫做共模電感(Common Mode Inductor)。 共模電感(Common Mode Choke)，也叫共模扼流圈，是在一個閉合磁環(huán)上對稱繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。理想的共模扼流圈對L（或N）與E之間的共模干擾具有抑制作用，而對L與N之間存在的差模干擾無電感抑制作用。但實際線圈繞制的不完全對稱會導(dǎo)致差模漏電感的產(chǎn)生。信號電流或電源電流在兩個繞組中流過時方向相反，產(chǎn)生的磁通量相互抵消，扼流圈呈現(xiàn)低阻抗。共模噪聲電流（包括地環(huán)路引起的騷擾電流，也處稱作縱向電流）流經(jīng)兩個繞組時方向相同，產(chǎn)生的磁通量同向相加，扼流圈呈現(xiàn)高阻抗，從而起到抑制共模噪聲的作用。

一般的電感都是只有一組輸入輸出，主要用于單相(Single-Phase)，或者直流變換的用途。但是，出于體積的成本的考慮，在三相系統(tǒng)中，也有三相耦合的三相電感(Three Phase Inductor)。

除上之外，電感按照頻率可以分成高頻電感和低頻電感；按照封裝可以分為，PCB貼片電感，直插式電感，灌膠電感和獨(dú)立電感；按照冷卻方式可以分為，自然冷卻(Natural Convection)，風(fēng)扇冷卻(Forced Air Cooling)和液態(tài)冷卻(Liquid Cooling)。

電感量也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個最重要的參數(shù)。電感量的基本單位是亨利（簡稱亨），用字母“H”表示。常用的單位還有毫亨（mH）和微亨（μH），它們之間的關(guān)系是：1H=1000mH，1mH=1000μH.

電感器電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)（匝數(shù)Turns）、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。電感量的計算公式如下所示。也就是說，電感量去線圈匝數(shù)乘平方正比關(guān)系，和磁導(dǎo)率及磁導(dǎo)面積都成一次正比關(guān)系。

要注意的是，這邊的磁導(dǎo)率(Permeability)是整個磁路的有效磁導(dǎo)率，也就是說當(dāng)磁路中增加了氣隙和漏磁的時候，都會對等效磁導(dǎo)率產(chǎn)生影響。

額定電流是指電感器在允許的工作環(huán)境下能承受的最大電流值，是電感規(guī)格書中的重要參數(shù)。若工作電流超過額定電流，則電感器就 會因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變。長期的超負(fù)載運(yùn)行甚至還會因過流而燒毀。

一般的電感都有一條磁化曲線(B-H Curve), 這是一條反應(yīng)磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的一條對應(yīng)曲線。當(dāng)磁場強(qiáng)度 H 增加時，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 逐漸趨于一個最大值，即為該物質(zhì)的飽和度。事實上，飽和之后，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也在逐漸增加，但比達(dá)到飽和度前的增長速率小了3個數(shù)量級。

磁場強(qiáng)度 H 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的關(guān)系可以用磁導(dǎo)率： 或相對磁導(dǎo)率 表達(dá)，當(dāng)中的 是真空磁導(dǎo)率。磁性金屬的磁導(dǎo)率不是一個恒定不變的量，而是取決于磁場強(qiáng)度 H 。在可飽和的金屬中，相對磁導(dǎo)率隨磁場強(qiáng)度 H 的增加達(dá)到一個最大值，然后隨著它的飽和發(fā)生轉(zhuǎn)變再減小. 也就是說， 當(dāng)磁場強(qiáng)度H達(dá)到一定程度的時候，因為感應(yīng)強(qiáng)度B飽和原因，磁導(dǎo)率會越來越小，易導(dǎo)致電感值越來越小(電感值與磁導(dǎo)率成正比).

所以一般電感的電感值在0A電流的時候電感值最大，但是隨著電流增大電感值會慢慢下降；不同的磁芯材料，電感值的下降速度不一樣；當(dāng)電感值下降很快的時候，我們稱這個電感為Soft Saturation， 當(dāng)電感值開始下降很慢的時候，我們成為Stiff/Hard Saturation. 不少電感值在飽和后，只有原電感值的1/3, 甚至1/10. 這點(diǎn)變化也是電路設(shè)計中需要重點(diǎn)考慮的, 所以一般來說電感廠商會測試提供一條電感值飽和曲線共參考。

當(dāng)電流通過電感的時候，會產(chǎn)生一定的損耗。電感的損耗主要有線圈損耗(Winding Loss) 和磁芯損耗(Core Loss)  

線圈損耗(Winding Loss)是由直流損耗(DC Winding Loss)和交流損耗(AC Winding Loss)組成。 直流線圈損耗很好理解，任何電流通過導(dǎo)線，由于電阻率的存在都會產(chǎn)生損耗，去導(dǎo)線長度成正比，導(dǎo)線截面積成反比。線圈的交流損耗(AC Winding Loss)主要是由于導(dǎo)線的集膚效應(yīng)(skin effect)導(dǎo)致的等效導(dǎo)通面積減小而造成的損耗。交流電在導(dǎo)線中通過時，由于導(dǎo)線內(nèi)部渦旋電場，電子的流動會趨向去表面。也就是說，頻率越高，電流越趨向于導(dǎo)線表面的一層皮膚，有效導(dǎo)電的減小而增加損耗。

磁芯損耗主要有渦流損耗和磁滯損耗組成。 渦流損耗是由于，在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，導(dǎo)磁體內(nèi)的感生的電流導(dǎo)致的能量損耗，叫做渦流損耗?，F(xiàn)在的很多磁芯通過不同結(jié)構(gòu)來增加磁體健電阻率的方式來降低渦流損耗。

磁滯損耗是磁芯更重要的一個高頻損耗。如前面的B-H Curve顯示的那樣, 磁化強(qiáng)度滯后于磁場強(qiáng)度，它的磁通密度B與磁場強(qiáng)度 H之間呈現(xiàn)磁滯回線關(guān)系。經(jīng)一次電流文波循環(huán)，每單位體積鐵芯中的磁滯損耗正比于磁滯回線的面積。也就是說，當(dāng)電流紋波(Current Ripple)越大的時候，磁滯回線的面積也就越大。不同的磁芯所擁有的BH Curve不一樣。 磁滯損耗一般與紋波電流成平方正比，與頻率成一次正比關(guān)系。

當(dāng)線圈和磁芯產(chǎn)生熱量的時候，需要有一定的散熱方式將能量釋放出來，否則會導(dǎo)致過度發(fā)熱而引起燒壞電感，或引起火災(zāi)。所以散熱和溫升的設(shè)計是電感穩(wěn)定性的重要保證。

散熱方式主要有自然冷卻，風(fēng)扇冷卻，和液態(tài)冷卻三種方式。自然冷卻是利用空氣中的自然對流來進(jìn)行熱交換。

風(fēng)扇冷卻使用風(fēng)扇使相對冷的空氣以一定速率吹過電感，把熱量帶出。由于電感的熱量存在于線圈和磁芯的各個角落，所以電感的結(jié)構(gòu)對風(fēng)扇冷卻的效率影響很大。 特別是當(dāng)磁芯或者內(nèi)層線圈被包在里面時候，怎樣讓冷風(fēng)到達(dá)發(fā)熱部分帶走熱量損耗是散熱設(shè)計的重點(diǎn)。

液冷的方式主要是在線圈和磁芯中通入一定的經(jīng)過隔離的液體的方式來散熱。由于液體的比熱要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣，這個液冷的方式的散熱效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于哪個是風(fēng)冷，當(dāng)然成本也更高。所以液冷一般應(yīng)用于大功率和高功率密度的電感中。

允許偏差是指電感器上標(biāo)稱的電感量與實際電感的允許誤差值。由于電感值對電感的效果影響最大，實際中電感的偏差都會影響系統(tǒng)的效果和穩(wěn)定性。 一般用于振蕩或濾波等電路中的電感器要求精度較高，允許偏差為±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高， 同時線圈電感的氣隙，線圈分布和磁芯材料的一致性都比較難控制，一般允許偏差為±10%~15%

電感中由于有不同電壓等級和接地部位存在。處于安全考慮，在電感的生產(chǎn)過程中，都要進(jìn)行電壓絕緣等級測試(Hi-Pot Test), 來驗證組裝達(dá)到安全要求。

電感是重要的電子元件，主要用于電路振蕩（Resonant），濾波(Filter)，高頻阻抗(High Frequency Reactor)和抑制電磁干擾(EMI Attenuation)等應(yīng)用。特別是在現(xiàn)代電力電子的電能轉(zhuǎn)換中，無論從重要性還是成本體積來講，電感都是僅次于功率開關(guān)管(Power Semiconductor)的第二大電子元件。

這里就稍微簡單講一下，電感在現(xiàn)在電力電子中的幾個基本應(yīng)用。

Buck Converter 是利用快速切換的開關(guān)管(一般是MOSFET， 或者是IGBT), 把輸入的直流電按照一定占空比(Duty Cycle = Ton/T)切成無數(shù)個小塊（如下圖的Vsw）。

根據(jù)我們之前對電感的了解，我們知道電感的電流是不能瞬間改變的，，如果正向的電壓加于電感的兩端會引起電感電流的增加。這個可以用以下微分公式來解釋：

di/dt= (△V)/L  

也就是說，當(dāng)開關(guān)管閉合的時候，電感電壓為正，電流以(Vin-Vo)/L的斜率上升持續(xù)Ton;當(dāng)開關(guān)管打開的時候，由于電感電流不能立即變?yōu)榱?，電流會從二極管續(xù)流從而導(dǎo)致電感兩段電壓為-Vo, 以Vo/L的斜率下降。這樣等同于把電壓像切黃瓜一樣切成無數(shù)的小塊，而電感用其電流不能瞬變的特性，將電流連接了起來；并和電容一起組成了LC濾波器，對輸出電壓電流起到了鏈接并平滑作用。

Buck Converter 只能做對電壓的向下轉(zhuǎn)換，而下面的Boost Converter是利用電感將能量儲存在磁芯元件中的原理，將電壓做向上轉(zhuǎn)換。

如下圖所示，當(dāng)開關(guān)管閉合的時候，電感電流升高，能量杯儲存在了電感里面；當(dāng)開關(guān)管打開的時候， 電流從二極管進(jìn)行續(xù)流，電感兩端的電壓變?yōu)?（Vo-Vin），因此電感電流以（Vo-Vin）/L的斜率持續(xù)下降tOFF時間。因為在穩(wěn)定的狀態(tài)下，電感電流上升的幅度要等于下降的幅度。因此，

同樣的道理，通過不同的切割電壓電流的方式，我們?nèi)我饨M合，，來達(dá)到我們想要的輸出電流電壓波形，這個就是電力電子的嶄波控制法(PWM, Pulse Width Modulation)。

下面讓我們再看看幾個更加貼近生活的應(yīng)用。

我們的電網(wǎng)系統(tǒng)都是以220V/380V為主的市電配電系統(tǒng)，然而我們目前用的幾乎所有的現(xiàn)在家用電子設(shè)備，包括電腦，手機(jī), LCD/LED 電視機(jī)/顯示器，LED燈， USB充電器，用的都是直流系統(tǒng)。 所以幾乎每一個電器都需要有一個交流轉(zhuǎn)低直流的電源系統(tǒng)，來作為主要或者輔助的電能供給系統(tǒng)。