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现代高频开关电源电路中常用的磁性元件有很多，如输出级的直流滤波电感、谐振电感、输入级的共模滤波电感、差模滤波电感、高频开关变压器、驱动变压器和电流互感器等。这些磁性元器件与电路元器件结合在一起协调工作，构成开关电源的电路。为了简化分析，应用安培环路定律和电磁感应定律，将磁性元器件的电磁关系简化为电路关系，主要包括自感和互感。而变压器则是利用这些电磁关系来实现电压变换的电路元件。本节我们重点讨论电感器，其物理特性为自感。
电感是闭合回路的一种属性，也是一个物理量。当电流通过线圈后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感应电流来抵制通过线圈中的电流。它是描述由于线圈电流变化，在本线圈中或在另一线圈中引起感应电动势效应的电路参数。电感是自感和互感的总称。提供电感的器件称为电感器。
电感是导体的一种性质，用导体中感生的电动势或电压与产生此电压的电流变化率之比来量度。稳恒电流产生稳定的磁场，不断变化的电流（交流）或涨落的直流产生变化的磁场，变化的磁场反过来使处于此磁场的导体感生电动势。感生电动势的大小与电流的变化率成正比。比例因数称为电感，用符号L表示，单位为亨利（H）。
电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感，是闭合回路自己本身的属性。假设一个闭合回路的电流改变，由于感应作用而产生电动势于另外一个闭合回路，这种电感称为互感。
当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元器件理想电源的端电压），这就是自感。
两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫作互感器。
开关电源设计的一个关键要素是在功率开关管导通时，要找到一种方式将能量储存起来，当开关管关断时将储存能量提供给负载而维持电流连续。除了在负载电流需求极小的情况下，电感都是交流/直流转换过程中必不可少的元件，用于维持电流的连续。
虽然现在绝大多数电感可以从供应商那里买到现成的，但电源设计者仍需要有基本的磁性材料知识。电感中的能量储存在磁场中，该磁场是由导体上线圈（与磁芯耦合在一起）通过一定的电流产生的。磁场随着电流的增加而建立，然后使电流在磁场消失时继续流动。
自感现象，顾名思义就是自身的电磁感应现象。它的详细定义是：当回路中导体的电流发生变化时，它周围的磁场就随着变化，即由此电流所产生的穿过回路本身所围面积的磁通量也随着变化，因而在导体中就产生感应电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化，这种现象就叫作自感现象。由自感应所产生的电动势称为自感电动势，如图2.9所示。
图2.9 自感电动势示意图
在图2.9中，考虑一个闭合回路，设其中电流为I。根据毕奥-萨伐尔定律（恒定电流元激发磁场的基本规律，提出者是毕奥、萨伐尔），此电流在空间任一点产生的磁感应强度B与I成正比，推理得磁通量Φ L 也与回路中的电流I成正比，即Φ L ∝I。
若回路中有N匝线圈，且穿过每一匝线圈的磁通量Φ L 基本相同，则这个N匝线圈中的自感磁链Ψ L = NΦ L ，且该自感磁链Ψ L 也与电流I成正比，即Ψ L ∝I。
为了表明各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值叫作线圈（或回路）的自感系数（或自感量），简称自感，用符号L表示。
自感系数L是一个比例系数，它在量值上等于线圈中的电流为一个单位时通过线圈的磁链。在国际单位中，自感系数的单位为亨利（H），1H=1Wb/A。和电感一样，由于亨利的单位较大，使用中常采用毫亨（mH）或微亨（µH），它们的关系为1H=10 3 mH=10 6 µH。
结合我们之前所学的电感的知识，自感理解起来其实也不难，在没有互感作用的情况下，其实自感就是电感。类似于电阻和电容，自感就是表征线圈本身电磁性质的物理量，它仅由线圈的形状、大小、匝数及周围磁介质的分布所决定，在无其他磁介质的情况下，它与线圈中的电流无关，就好比导线的电阻与加在导体两端的电压、流过导体的电流无关一样。
自感现象也必定伴随着感应电动势的产生，这个感应电动势就是自感电动势，由法拉第电磁感应定律可知，线圈中的自感电动势为
自感电动势总是阻碍原回路原电流的变化，常称为“电磁惯性”。对于相同的电流变化率ΔI/Δt，L越大，自感电动势也就越大，回路中原有电流越难改变。
电感元器件是开关电源输出端中的LC滤波电路中的“L”。在如图2.10所示的降压转换电路中，电感的一端是连接到DC输出电压，另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。
图2.10 降压转换电路
对于Buck电路来说，在MOSFET上管导通的时候，电感会通过MOSFET连接到输入电压。在MOSFET下管导通的时候，电感连接到GND。
由于使用Buck控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过MOSFET接地，如图2.11所示。如果是前一种方式，转换器称为异步方式，如果是后一种方式，转换器就称为同步方式。
图2.11 电感的两种接地方式
当脉冲电压施加给电感时，电压电流特性如图2.12所示。
在状态1过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。
在状态2过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。
电感电压计算公式：V = L（dI/dt）。因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。
图2.12 脉冲电压下电感电流的特性
在Buck电路上实测的电感上的电压和电感上的电流，如图2.13所示。
图2.13 脉冲电压下电感电压和电流实测波形
通过图2.13我们可以看到，流过电感的最大电流为DC电流加开关峰-峰电流的一半。图2.13也称为纹波电流。
在同步转换电路中，电流峰值的计算公式如下：
在异步转换电路中，R S 为感应电阻阻抗加电感绕线电阻的阻值，V f 是肖特基二极管的正向压降，R是R S 加MOSFET导通电阻。
通过已经计算的电感峰值电流，我们会知道，随着通过电感的电流增加，电感的电感量会衰减。这是由磁芯材料的物理特性决定的。电感量会衰减多少非常关键。如果电感量衰减过大，转换器就不会正常工作了。当通过电感的电流大到电感失效的程度，此时的电流称为“饱和电流”。这也是电感的基本参数。
转换电路中的功率电感会有一个饱和曲线，这非常关键，值得注意。要了解这个概念可以观察实际测量的电感与电流的关系曲线，如图2.14所示。
图2.14 电感与电流的关系曲线
当电流增加到一定程度后，电感量就会急剧下降，这就是饱和特性。如果电流再增加，电感就会失效了。
由于这个饱和特性的存在，我们就可以知道，在所有的转换器中为什么都会规定在DC输出电流下的电感值变化范围（ΔL≤20%或30%），以及电感规格书上为什么会有I sat 这个参数了。在所有的应用中都希望纹波电流尽量小，因为它会影响输出电压的纹波。这也就是大家为什么总是很关心DC输出电流下的电感量的衰减程度，而往往会在规格书中忽略纹波电流对电感量的影响。
电感是开关电源中常用的元器件，由于它的电流、电压相位不同，所以理论上损耗为0。电感常为储能元件，具有“来拒去留”的特点，常与电容一起用在输入滤波和输出滤波电路上，用来平滑电流。
电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题。有的应用允许电感饱和，有的应用允许电感从一定电流值开始进入饱和，也有的应用不允许电感出现饱和，这要求在具体线路中进行区分。大多数情况下，电感工作在“线性区”，此时电感值为一常数，不随着端电压与电流而变化。但是，开关电源存在一个不可忽视的问题，即电感的绕线将导致出现两个分布参数（或寄生参数），一个是不可避免的绕线电阻，另一个是与绕制工艺、材料有关的分布式杂散电容。杂散电容在低频时影响不大，但随频率的提高会渐显出来，当频率高到某个值以上时，电感也许变成电容特性了。如果将杂散电容“集中”为一个电容，则从电感的等效电路可以看出在某一频率后所呈现的电容特性。
在分析电感在线路中的工作状况时，一定要考虑下面几个特点。
①当电感L中有电流I流过时，电感储存的能量为
②在一个开关周期中，电感电流的变化（纹波电流峰峰值）与电感两端电压的关系为
由此可看出，纹波电流的大小跟电感值有关。
③电感器也有充、放电的过程。电感上的电流与电压的积分（伏·秒）成正比。只要电感电压变化，电流变化率di/dt也将变化；正向电压使电流线性上升，反向电压使电流线性下降。
1．降压型开关电源的电感选择
电感在电路中会根据电流的变化产生电压，这一现象可以用电感的电压公式来描述：
是电流随时间的变化率（即电流的时间导数），如果电流是随时间线性变化的，则有：
其中，V out 为输出电压（电感右端电压值），V in 为输出电压（电感左端电压值）。当开关管完全导通时，电感器上的电压为：
开关管打开的时间为∆t= DT 。其中，D为占空比，T为开关电源的开关周期。
降压型开关电源选择电感器时，需要确定最大输入电压、输出电压、电源开关频率、最大纹波电流、占空比。以如图2.15所示的降压型开关电源电路图为例，来说明降压型开关电源电感值的计算，首先假设开关频率为300kHz，输入电压V in 的范围为12V±12V×10%，输出电压V out 为5V，输出电流I out 为1A，最大纹波电流∆I为300mA。
图2.15 降压型开关电源电路图
最大输入电压值为13.2V（12V加上12V的10%），对应的占空比为
其中，V out 为输出电压，V in 为输入电压。当开关管导通时，电感器上的电压为
当开关管关断时，电感器上的电压为
综上，可得
2．升压型开关电源的电感选择
升压型开关电源的电感值计算，除了占空比与电感电压的关系式有所改变，其他过程跟降压型开关电源的计算方式一样。以图2.16所示的升压型开关电源电路图为例，假设开关频率为300kHz，输入电压为5V±0.5V，输出电压为12V，输出电流为500mA，效率为80%，则最大纹波电流为450mA，对应的占空比为
图2.16 升压型开关电源电路图
当开关管导通时，电感器上的电压为V L =V in = 5.5V，纹流电流ΔI为0.45A，频率为300kHz。综上，可得
请注意，升压电源与降压电源不同，前者的负载电流并不是一直由电感电流提供。当开关管导通时，电感电流经过开关管流入地，而负载电流由输出电容提供，因此输出电容必须有足够大的储能容量来提供这一期间负载所需的电流。但在开关管关断期间，流经电感的电流除了提供给负载，还给输出电容充电。
一般而言，电感值变大，输出纹波会变小，但电源的动态响应也会相应变差，所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整，以达到最理想效果。开关频率的提高可以让电感值变小，从而让电感的物理尺寸变小，节省电路板空间，因此目前的开关电源有往高频发展的趋势，以适应电子产品的体积越来越小的要求。
楞次定律相关内容：在直流供电的时候，由于线圈的自感作用，线圈将产生一个自感电动势，此电动势将阻碍线圈电流的增加，所以在通电的一瞬间，电路电流可以认为是0，此时电路全部电压会降落在线圈上，然后电流缓慢增加，线圈端电压缓慢下降直到为0，暂态过程结束。
在转换器的开关运行中，必须保证电感不处在饱和状态，以确保高效率的能量储存和传递。饱和电感在电路中等同于一个直通DC通路，故不能储存能量，也就会使开关模式转换器的整个设计初衷功亏一篑。在转换器的开关频率已经确定时，与之协同工作的电感必须足够大，并且不能饱和。
开关电源中的电感确定：开关频率低，由于开和关的时间都比较长，因此为了输出不间断，需要把电感值加大点，这样可以让电感储存更多的磁场能量。同时，由于每次开关时间比较长，能量的补充更新没有如频率高的那样及时，从而电流也就会相对小点。这个原理也可以用下面的公式来说明：
所以，当开关频率F低时，就需要L大一点；同理，当L设大时，在其他不变情况下，则纹波电流ΔI就会相对减小。在高的开关频率下，加大电感会使电感的阻抗变大，增加功率损耗，使效率降低。同时，在频率不变条件下，一般而言，电感值变大，输出纹波会变小，但电源的动态响应（负载功耗有时变大有时变小，在大小变化之间电源的输出会做出调整，这个调整响应叫作动态响应）也会相应变差，所以电感值的选取可以根据电路的具体应用要求来调整，以达到最理想效果。