电感Q值,也是电感的基本参数之一。不过在DCDC电路设计中,我们很少去考虑它,厂家一般也不会标注。那么电感的Q值到底是什么意思呢?我们什么时候要考虑呢?
还有这几个问题:
①为什么DC-DC电路设计中,为了降低发热,一般只考虑DCR,而不考虑电感Q值呢?
②功率电感的Q值曲线是怎么样的?
③电感的Q值在自谐振频率处是最大的吗?
④电感的Q值是越大越好吗?
电感的Q值定义
电感的Q值也叫作品质因数,其为无功功率除以有功功率。简单理解的话,就是在一个信号周期内,无功功率为电感存储的能量,有功功率为电感消耗的能量。
因此,电感Q值主要衡量的是损耗情况。为什么这么说呢?
理想电感本身是不能消耗能量的,而实际的电感是有损耗的。电感在一个充放电周期内,储存并释放的能量为无功能量,而因为这个过程额外损耗的能量就是有功能量,损耗的能量主要作为热量耗散。而两者的比值就是电感的Q值。所以电感的Q值越高,损耗越小。
电感一般使用频率远小于其自谐振频率,因此寄生电容可以忽略,此时无功功率主要由电感产生,所以Q等于wL除以Rs。
需要注意的是,这里的Rs并不是电感的直流导通电阻Rdc,它包含了电感的所有损耗,我们可以称之为等效串联总电阻。
总电阻Rs包括这几个分量:电感线圈的直流导通电阻Rdc;磁芯材料磁滞损耗和涡流损耗;趋肤效应造成的损耗(不同频率的损耗电阻Rac不同)。
实际上,Q值的提高往往受到一些因素的限制,如导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗、铁芯和屏蔽引起的损耗以及高频工作时的集肤效应等。因此,线圈的Q值不可能做得很高,通常Q值为几十至一百。
功率电感为什么不考虑Q值
从前面Q值的定义看出,Q值越小,损耗越高,而DCDC中电感选型我们从来没有说要考虑电感Q值,而仅仅只考虑DCR,这是为什么呢?
在BUCK电路中,负载所获得的能量都是经过电感,而电感电流可以看作是直流Idc上面叠加交流Iac,所以从电感输送过去的能量可以看作是两部分。一部分是直流电,一部分是交流电。
能量等于功率乘以时间,所以一个时间周期传输的能量大小分别对应图中的面积大小。
Buck电路设计中,一般交流电流Iac的峰峰值为电感平均电流的30%左右,因此,我们可以得到,直流电能量占总传递能量的85%,而交流能量占15%。
尽管我们一般并不知道功率电感的Q值是多少,但是电感在开关频率处的Q值总不会小于10。而即使我们让Q等于10来计算,交流电流来的损耗也不过1.5%左右。事实上,我上村田