《电感应用分析精粹》已经交稿

Hello，大家好，本人已经与机械工业出版社签订《电感应用分析精粹》（基础篇）出版合同，并已于日前交稿，对本书有兴趣的粉丝记得要把米准备好呀，新书马上就要杀过来了~~

以下为作者序（约5000字）---------------------->>>>>>>>>>>>>>>>>

本书有少部分章节内容最初发布于个人微信公众号“电子制作站”（dzzzzcn），并得到广大电子技术爱好者及行业工程师的一致好评，甚至在网络上被大量转载。考虑到读者对电感（电感器、共模电感器、磁珠、变压器等都是以“电感”为基础的磁性元件）应用与设计知识的强烈诉求，决定将相关文章整合成图书出版，书中每个章节都有一个鲜明的主题。本书将已发布章节收录的同时，也进行了细节更正及内容扩充。当然，更多的章节是最新撰写的，它们对读者系统深刻地理解磁场、磁能及各种磁性元件的应用与设计有着非常实用的价值。

1、神秘的磁学

电感器与电阻器、电容器被业界誉为三大无源（被动）基础元件，但是大多数工程师对电感器的了解程度却远低于其他两者，在应用与设计过程中也更难于得心应手，继而不可避免地使其蒙上了一层神秘色彩，造成这种现象的主要原因有三点：

其一，磁学的应用离生活更远一些（至少直观上是如此）。在科技蓬勃发展的当今世界，磁学的具体应用其实并不少，但人们显然对电学的应用更为熟悉，对“电”的直观认识途径也很多，因为“电”在现代生活中几乎不可或缺。一旦没有“电”，电子玩具、电视机、空调、手机、电动车、卫星等产品都成了废品，也就会给生活与工作带来诸多不便。相对来说，人们对磁学的应用却知之甚少。例如，很多能够活动的电子玩具中通常都有电机，但有多少人关心（或知道）其中存在磁学的应用呢？大多数人只会在玩具无法动弹时很自然闪出一个念头：可能没电了！电感器、变压器、扬声器、电磁继电器、电机等磁性元件在电子产品中也广泛存在，但又有多少人会关心其与磁学之间的关系呢？很少！也没有必要！换句话说，绝大多数普通老百姓几乎意识不到“磁”的存在，但对“电”的认识却非常具体（即便理性思考深度方面可能并不够）。

其二，电感器的使用量（或应用领域）远少于电阻器与电容器。可以这么说，稍微复杂点的电子产品几乎不可能不使用电阻器或电容器，但电感器的使用却并非如此。事实上，电感器仅在某些特殊领域（例如，开关电源、无线射频等）不可或缺。由于工作实践的非必要性，很多工程师对“电感器相关应用电路”的认识甚至都不太多，更别提深入理解电感器的特性或亲手计算参数并绕制电感器了。更具体点说，大多数工程师能够了解一些基本的开关电源拓扑，并有能力“根据单芯片开关电源电路的需求”完成电感器成品选型就已经很不错了（然而，完成这项工作并不需要透彻理解磁场与磁能）。

其三，深度且形象阐述磁性元件的图书很少。一般来说，越通俗易懂的事物越容易被普通大众所接受，就如同流行音乐的传播广泛程度总是会远高于古典音乐。同样的道理，尽管网络能够让人们更加方便地获取各类资讯，但图书仍然还是系统传播科学技术的主要媒介。如果形象阐述某科技话题的图书越多，说明市场存在相应的需求，这不但能够在侧面彰显大众对该话题的学习诉求，同时也体现了该话题的普及程度。电学很明显符合“流行”的特点，所以形象阐述“电”的图书可谓层出不穷，但磁学却很不一样。现有的磁学相关著作几乎都是针对具备一定数学功底的大学生或研究生等群体，也几乎都是从数学推导的角度去认识磁学（普通老百姓没有看懂的可能），而没有试图从直观角度帮助读者理解磁场与磁能，也就很难对开关电源之类的实践工程师产生有效的指导意义。开关电源虽然是磁性元件应用的重点领域之一，但绝大多数相关图书几乎都聚焦在电路系统相关话题（例如，拓扑、控制、驱动、反馈环路等），而将“阐述磁性元件本身的特性”放在次要位置，思考深度也远远不够。少数图书则从材料学的角度阐述磁性元件，但对于“如何直观理解并有效利用磁能的机制”却少有涉及，很难提升工程师对磁性元件的理解层次。

总的来说，人们觉得电感器神秘的根本原因在于：对磁学体系不太熟悉（相对于电学而言），而不是因为磁学本身有多难。试想一下，如果生活在一个以磁学应用为主的世界，人们不应该对“磁”更熟悉吗？就如同语言一样，从小就生活在中文环境的人会对中文更熟悉。而在另一个语言环境中成长的人能够熟练应用的语言也会有所不同，也许这种语言对于使用中文的人们来说很难。同理，人们觉得电学相对容易一些，是因为早已从生活中获得了一些直观的感性认识，所以在学习过程中可以使用类比的方式轻松理解相关概念，知识的跳跃性并不大。例如，小时候玩游戏时就会感受到重力，而电场力与重力在很多方面的特性是相似的。但相对而言，磁学却不容易在生活中找到类比的对象（不代表没有），直观感觉相应的学习难度更大，也就间接加重了磁学的神秘色彩。

2、缺失的磁学体系

在古代，人们认为雷电的出现代表着天神发怒，而导致这种认知的原因之一是：雷电很神秘，不易为当时的人们所理解。“神秘”一词往往意味着“未知”，而人们对“未知”现象很可能会持有不同的理解，继而无可避免地引发一些争议。很不幸，神秘的磁学亦是如此。相对于电学而言，磁学相关的争议要多得多，究其根本原因还在于对磁场与磁能的理解不够透彻。

长久以来，人们几乎将“电感器储存磁能”作为通识，但是这种模糊的表达容易对“正确认识很多重要的磁学基本概念”产生很大的干扰，也就意味着无法回答诸多与磁能本质相关的问题，包括但不限于：磁能储存在哪里呢？磁能又是什么呢？磁能有哪些形态呢？磁能之间存在形态转换吗？如果有的话，磁能形态转换的条件有哪些呢？如何建立更有效的磁能形态转换条件？磁性元件中哪些位置可以转化磁能呢？所有磁性元件都需要高效磁能转换条件吗？磁能转换条件又是如何在厂商的数据手册中体现的？电感器储存的能量只是磁能吗？如果还存在其他能量，那又是什么呢？其与磁能之间有什么关联呢？如何能够直观判断磁心是否符合电感器的储能需求呢？如果对磁学基本概念的理解不够透彻，很可能无法从基础知识的角度解释诸多看似矛盾或复杂的磁学工程应用问题。

以“电感器的能量储存在哪里？”为例，工程师就各自持有不同的观点（包括气隙、磁心、磁场、空气、磁阻等等），但又无法完全反驳其他工程师给出的论述（甚至因此动摇自己原来坚持的观点）。实际上，如果能够深入思考并寻觅此问题的答案，并由此统一解释相关诸多磁学应用问题，你对磁性元件的理解层次会有极大的提升，对透彻掌握磁性元件的应用与设计也大有裨益。更进一步，如果在此基础上重新阅读以往看过的磁性元件相关图书，相信会有很多完全不同的感触。例如，能够清晰地意识到描述不妥当甚至不正确的地方。

有人可能会想：为什么要理解这些基础问题呢？只要会设计就行了！这已经算是很成熟的流程，懂的其实不难。

从实用的角度来看，似乎的确如此，然而，多尝试深入思考一些看似简单的基础问题能够提升自己的思维能力，也有助于藉此建立相对完善的磁学体系，这表面上好像对实际工作没有直接益处，但是却能够帮助你“在纷繁芜杂且充满矛盾的工程应用现象中”快速找到问题的实质所在。反之，你会被诸多应用中的表面现象所困扰（即便视而不见），对磁学中很多基本概念的理解也很混乱，实际工作中也感觉摸不到其中的本质，此时你亟需一本系统梳理磁学知识的图书来重新构建磁学体系，但目前市面上的图书很难高效完成此任务。有人可能会说：有些图书讨论磁性元件相关的知识很细，知识量也很多，应该会对构建磁学体系很有用。

很多人会有这样的认知：书本越厚，知识点越多，知识体系就一定越全。其实这是一种误解！图书展现的知识体系并不仅仅是大量知识的简单集合，所以知识越多也并不总意味着知识体系越全，关键在于图书中是否存在一种“能够揭示知识之间（或知识与实践之间）关联的”核心思想，并让读者在思路上有所启发。也就是说，知识体系就是核心思想的具体表现形式，它通过大量容易被大多数人忽略的关键枢纽（或细节）将庞大的知识有机地结合起来，从而使得知识之间不再是零散关系。

如果一本书总是在照本宣科地阐述“某某概念是什么”、“这时候该怎么样”等等，但是却几乎没有从更深层的角度（不是指“数学推导”）分析其与磁能本质之间的关联，很难向实践工程师输出较大的价值。实际上，如果从磁能的角度来看，很多应用层面看似矛盾的现象并无任何矛盾之处，重点在于你是否能够抓住关键点（或者说，图书是否将关键点披露出来），而这些关键点才是磁学体系最重要的组成部分（而不在于磁学知识的多寡）。

在内容编排方面，市面上现有图书通常是“先阐述磁学相关的基础知识，再介绍磁性元件的基本结构、工作原理及应用”，表面看起来似乎再合理不过了。然而实际上，在“磁学基础”与“磁性元件基础”之间还存在“磁能管理机制”的关键枢纽却少有涉及，从磁学体系的角度来看就是不完整的。换句话说，即便你拥有大量关于磁学与磁性元件的基础知识储备，甚至也能够应付相对复杂的考试题目，但对磁能的认知还远不够深刻。

3、本书的特色

既然磁学如此神秘，是否存在相对合适的阐述方式呢？答案当然是肯定的！将熟悉的事物拿来类比总是理解陌生事物较好的方式。尽管不像“电”那样容易在生活中找到大量的类比对象，但是只要善于观察与思考，很多人们所熟悉的事物都可以用来辅助理解“磁”。处处留心皆学问，然也！万物之间或多或少存在一定的内在联系，关键在于是否有能力将其挖掘出来。例如，电与磁、电场与磁场、电容器与电感器、电路与磁路之间就存在一定的对应关系，大多数工程师对其也应该不会陌生，本书也不会将其作为重点来阐述（一笔带过）。

当然，人们不是仅通过“电”才能了解“磁”，生活中很多似乎完全不相干的事物也是直观认识磁学的好媒介。例如，水与磁场都能够储存一定的能量，它们也都可以被用来发电，那么，这两种能量之间是否存在相似性呢？答案也是肯定的！通过深度分析水电站与电感器的基本结构就能够洞悉磁能形态及其高效转换条件，这就是本书（基础篇）的“核心”，其也是工程师提升磁性元件理解层次的关键所在。

所谓的“核心”，其实就是一种观点，但是这种观点是否正确（或基本正确）呢？当然需要论证！惟有经过论证后的观点才是有意义的，而将其用于指导工程实践就是比较好的方式。具体来说，如果某磁学应用领域内存在很多矛盾现象（工程师也各自持有不同的理解），此观点能否统一解释现象产生的原因，并且让工程师信服呢？如果能够做到，至少从某种程度上可以说明此观点的正确性。常言说得好：真金不怕火炼！借助实践应用复杂多变且争议较多的领域来考验“核心”自然会更具有说服力，而磁性元件应用非常集中的“开关电源”显然正是上上之选。

本书（基础篇）所述内容介于“电磁学”与“开关电源”之间（当然，“电磁学”与“开关电源”只是为了方便后续阐述磁能本质而准备的基础工具，因此均未做深入阐述，甚至并未涉及电感器的基本设计方法，初学者也不必急于了解这些内容），其中不存在“电磁学”中任何复杂数学推导或公式（不从复杂的公式理解磁性元件，而是反过来从直观角度理解公式），更多以逻辑论证、比喻、类比等图文方式引导读者从“工程师眼里看似简单的基础知识”中挖掘出“核心”，然后再以该“核心”统一解释“开关电源”中已经存在的诸多难以理解的磁学概念与应用问题，继而提升对磁性元件应用与设计的理解层次。换句话说，本书的主要目的是使用直观阐述的方式深度探讨“理论性极强的电磁学”与“实践性极强的开关电源”之间的关联，继而构建完整的磁学体系。

直观阐述是本书的主要特色，这意味着不需要数学推导亦可掌握磁性元件核心。数学推导是从理性角度认识磁学，其最终目的还是为了理解或应用磁学（数学是一种将事物放在不同空间进行演绎的工具，而演绎的目的之一是便于从不同角度理解与应用我们所在空间的事物，就如同从时域与频域角度发展出不同的信号处理方法）。如果不去深入理解数学推导的物理意义而进行纯粹推导，对于实践工程师而言，无疑是本末倒置的做法。

在实际工作中，不少工程师不去理解设计公式代表的物理意义，反倒对其推导过程产生了浓厚的兴趣，甚至认为惟有如此才能成为资深工程师。然而，一旦不同项目在应用层面存在矛盾之处，他们就很难找到其中的根本原因。换句话说，如果只是局限于了解某个磁性元件的设计步骤，尽管有可能解决工程设计问题，但对工程师提升磁能认知与完善磁学体系并没有太大的意义，而这也正是目前市面上同类图书比较缺乏的内容。笔者认为，与其在图书中机械地展示各种磁性元件的设计步骤，不如先引导读者从全新的角度透彻理解磁场与磁能，而这将对“掌握磁性元件的应用与设计”起到事半功倍的效果。

总之，你可能做过不少开关电源相关的项目（基本都在成熟产品的基础上进行一些改进或借鉴，但其实对很多磁性元件相关基本概念的认识很混乱），或者你根本不从事开关电源相关的工作，又或者只是一位仅具备初高中物理学知识（完全没有磁性元件设计经验）的学生，但是都不要紧，只要对磁学与磁性元件感兴趣，本书都将是系统梳理相关知识的不二选择。

另外，本书为拙作《电容应用分析精粹：从充放电到高速PCB设计》一书的姊妹篇，有关电容器相关的细节可参考此书。由于本人水平有限，疏漏之处在所难免，恳请读者批评与指正。