電感的Q值到底是什么意思呢？

電感Q值，也是電感的基本參數(shù)之一。不過在DCDC電路設(shè)計(jì)中，我們很少去考慮它，廠家一般也不會(huì)標(biāo)注。那么電感的Q值到底是什么意思呢？我們什么時(shí)候要考慮呢？

還有這幾個(gè)問題：

①為什么DC-DC電路設(shè)計(jì)中，為了降低發(fā)熱，一般只考慮DCR，而不考慮電感Q值呢？

②功率電感的Q值曲線是怎么樣的？

③電感的Q值在自諧振頻率處是最大的嗎？

④電感的Q值是越大越好嗎？

電感的Q值定義

電感的Q值也叫作品質(zhì)因數(shù)，其為無功功率除以有功功率。簡單理解的話，就是在一個(gè)信號周期內(nèi)，無功功率為電感存儲(chǔ)的能量，有功功率為電感消耗的能量。

因此，電感Q值主要衡量的是損耗情況。為什么這么說呢？

理想電感本身是不能消耗能量的，而實(shí)際的電感是有損耗的。電感在一個(gè)充放電周期內(nèi)，儲(chǔ)存并釋放的能量為無功能量，而因?yàn)檫@個(gè)過程額外損耗的能量就是有功能量，損耗的能量主要作為熱量耗散。而兩者的比值就是電感的Q值。所以電感的Q值越高，損耗越小。

電感一般使用頻率遠(yuǎn)小于其自諧振頻率，因此寄生電容可以忽略，此時(shí)無功功率主要由電感產(chǎn)生，所以Q等于wL除以Rs。

需要注意的是，這里的Rs并不是電感的直流導(dǎo)通電阻Rdc，它包含了電感的所有損耗，我們可以稱之為等效串聯(lián)總電阻。

總電阻Rs包括這幾個(gè)分量：電感線圈的直流導(dǎo)通電阻Rdc；磁芯材料磁滯損耗和渦流損耗；趨膚效應(yīng)造成的損耗（不同頻率的損耗電阻Rac不同）。

實(shí)際上，Q值的提高往往受到一些因素的限制，如導(dǎo)線的直流電阻、線圈骨架的介質(zhì)損耗、鐵芯和屏蔽引起的損耗以及高頻工作時(shí)的集膚效應(yīng)等。因此，線圈的Q值不可能做得很高，通常Q值為幾十至一百。

功率電感為什么不考慮Q值

從前面Q值的定義看出，Q值越小，損耗越高，而DCDC中電感選型我們從來沒有說要考慮電感Q值，而僅僅只考慮DCR，這是為什么呢？

在BUCK電路中，負(fù)載所獲得的能量都是經(jīng)過電感，而電感電流可以看作是直流Idc上面疊加交流Iac，所以從電感輸送過去的能量可以看作是兩部分。一部分是直流電，一部分是交流電。

能量等于功率乘以時(shí)間，所以一個(gè)時(shí)間周期傳輸?shù)哪芰看笮》謩e對應(yīng)圖中的面積大小。

Buck電路設(shè)計(jì)中，一般交流電流Iac的峰峰值為電感平均電流的30%左右，因此，我們可以得到，直流電能量占總傳遞能量的85%，而交流能量占15%。

盡管我們一般并不知道功率電感的Q值是多少，但是電感在開關(guān)頻率處的Q值總不會(huì)小于10。而即使我們讓Q等于10來計(jì)算，交流電流來的損耗也不過1.5%左右。事實(shí)上，我上村田官網(wǎng)查詢了功率電感的Q值，在1Mhz處，Q值基本在15-40之間，因此交流能量帶來的損耗應(yīng)該是千分之幾，是比較小的。正是因?yàn)槿绱耍覀冊贒CDC電路中，一般不用去考慮電感的Q值，因?yàn)樗挠绊懕容^小。

與此同時(shí)，電感的直流電傳遞了85%的能量給了負(fù)載，而其損耗主要由直流導(dǎo)通電阻DCR決定，因此，我們在選用電感的時(shí)候，主要去看DCR參數(shù)。為了減小發(fā)熱，一般選用DCR值小的。

功率電感的Q值曲線

盡管功率電感選型時(shí)我們不需要考慮電感的Q值，但是感興趣的話，我們還是可以看看它曲線。至少我們可以知道，在電感的自諧振頻率處，電感的Q值是最小的，而不是最大的。

這是村田的1264EY-4R7M的4.7uH的電感，可以看到，在諧振頻率處，Q值最小，基本為0。這是為什么呢？

這是因?yàn)樵谧灾C振頻率處，電感與其寄生電容諧振了，相當(dāng)于一個(gè)電阻。或者從微觀上看，進(jìn)入電感的能量在其內(nèi)部電容和電感中來回倒騰，并不能釋放出來，只能通過Rs慢慢消耗掉。

從曲線我們也可以看出，在頻率大于100Khz后，電感的損耗就不是主要由Rdc決定了，因?yàn)槿绻蒖dc決定，那么Q值應(yīng)該隨著頻率線性增大。

那么總電阻Rs是多少呢？我們來計(jì)算1Mh處的Rs。

根據(jù)公式Q=jwL/Rs，Q=25，求得Rs=1.18Ω。查看該電感規(guī)格書參數(shù)，Rdc=0.029Ω。由此可見，總的交流電阻要比Rdc大很多的。

什么時(shí)候要考慮電感的Q值

實(shí)際上，Q值的大小取決于實(shí)際應(yīng)用，并不是越大越好。例如，如果設(shè)計(jì)一個(gè)寬帶濾波器，過高的Q值將使帶內(nèi)平坦度變壞。在電源去耦電路中采用LC濾波時(shí)，高Q值的電感和電容極容易產(chǎn)生自諧振狀態(tài)，這樣反而對諧振頻率附近的噪聲有所放大。

Q值越高，電感的性能越接近于理想的無損電感，這也說明了它在諧振電路中的選擇性更好，因此，諧振電路要選擇高Q值電感。

一般來說，對于高頻電感或者射頻電感，一般對Q值有要求，需要注意。

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