变压器的物理模型

电与磁是难理解的东西因为它们比较抽象，人们更容易理解具体的能看得见摸得着的事物，假如有一个具体的电磁模型估计很多人都能很形象的理解电与磁的基本原理。
偶然一个机会学习了点变压器设计知识为了搞懂其原理又接触了开关电源，在摸索中突然有一天就想出了一个模型而这个模型可以解释我所有关于电和磁方面的困惑。
这里分享一下自己对于电和磁的这种通俗理解希望也能解决你的困惑。
构想一个模型用日常生活中的宏观事物来反映电和磁的微观机理，用水流代替电流（忽略水流质量）、电感为有质量的轮子、电容为带弹簧的活塞容器、二极管为单相导通的阀门、
MOS管用一开关来替代，电阻为较细的管子，变压器参照图1包含三个齿轮一根主轴一个中轴（均忽略质量）和一个固定在中轴上的质量为m的红色柱状体，三个齿轮从左到右分别命名为
初级齿轮、磁齿轮、次级齿轮，磁齿轮可以绕中轴自由转动，中轴可以绕主轴自由转动。这里电感量、电容容量耐压、二极管开启“电压”、变压器匝比漏感励磁电感等都可以根据需要来设计，
这样就可搭建一个机械“开关电源”了（有兴趣还可以搜一下水锤泵其原理与Boost电路想通）。

图1 变压器物理模型

在机械“开关电源”中最主要的是变压器其它的部件都较容易理解，变压器要经过电-磁、磁-电转换其如何转换的也是我当初的困惑之一，先介绍反激的转换原理。
首先输入输出侧各有一个开关（二极管相当于一个开关）在临界和断续模式下两侧开关在同一时刻只有一个导通，初级开关导通时初级齿轮转动带动磁齿轮转动
由于此时次级齿轮不动 中轴及其上的质量为m的柱状块随磁齿轮一起绕主轴转动，质量m块上就有了速度其储存的能量为1/2*m*v^2等价于1/2*L*I^2。
初级关次级开时初级齿轮不动质量m块继续绕主轴转动通过磁齿轮带动着次级齿轮转动，这个过程为m块上的动能逐渐减少向次级释放能量。
通过初次级齿轮的转动方向可以理解一下什么是同名端反激的输出为什么跟正激的相反。
在连续模式下存在两个开关同时导通的时刻对于电路就是输出二极管反向恢复问题，通过这个模型也可以想象出二极管反向恢复是怎样一种情况。


正激也是输入输出侧各一个开关（输出侧的续流二极管暂不考虑）这两个开关是同时开同时关，开关开的时候初级齿轮转动通过磁齿轮直接驱动次级齿轮转动，
这里希望磁齿轮只绕中轴转动而不沿主轴转动这就要求质量块m很大而且是越大越好（惯性原理）这个质量块m就等价于励磁电感。但不管这个质量块m有多大
在每一次开关开的时候都会沿着主轴转动一点如果不将其速度归零那么在下一个开关周期转动速度会更大逐渐的变压器就达到饱和这就是正激变压器要去磁的原因。
正激变压器不需考虑能量储存的问题，教科书中介绍正激变压器初级电流产生的磁场与次级电流产生的磁场方向相反相互抵消了，在以前也不甚明白通过这个模型似乎能找到答案，
正激变压器其电感起的是一个支点的作用（中轴）不发生位移没有做功所以磁芯中的磁场为零能量存储也为零（假设质量m无穷大）。