电感的Q值知多少

电感Q值也是电感的基本参数之一。DCDC在电路设计中，我们很少考虑它，制造商通常不会标记它。那么，电感的Q值是什么意思呢？我们什么时候考虑它？

以下问题：

①为什么DC-DC在电路设计中，一般只考虑减少发热DCR，而不考虑电感Q值呢？

②功率电感的Q值曲线是什么？

③电感的Q值是自谐振频率最大的吗？

④电感的Q值越大越好吗？

电感的Q值定义

电感的Q值也被称为质量因素，它是无功功率除以有功功率。简单地理解，无功功率是电感存储的能量，有功功率是电感消耗的能量。

因此，电感Q值主要衡量损耗。你为什么这么说？

理想的电感本身不能消耗能量，但实际的电感是有损耗的。在充放电周期中，储存和释放的能量是无功能量，因为在这个过程中额外损失的能量是有功能量，为热量消耗。两者的比例是电感的Q值。因此，电感的Q值越高，损耗越小。

一般来说，电感的使用频率远低于自谐振频率，因此寄生电容可以忽略不计。此时，无功功率主要由电感产生，因此Q等于wL除以Rs。

需要注意的是，这里的Rs不是电感的直流导电阻Rdc，它包含了所有的电感损耗，我们可以称之为等效串联总电阻。

总电阻Rs包括电感线圈的直流导电阻Rdc；磁芯材料的磁滞损失和涡流损失；皮肤效应造成的损失(不同频率的损失电阻Rac不同）。

实际上，Q值的提高往往受到导线直流电阻、线圈骨架介质损失、铁芯和屏蔽损失、高频工作时皮肤收集效应等因素的限制。因此，线圈的Q值不能很高，通常Q值是几十到一百。

为什么不考虑功率电感Q值

从之前Q值的定义可以看出，Q值越小，损耗越高，而DCDC我们从来没有说过要考虑电感Q值，只考虑电感Q值DCR，为什么会这样？

在BUCK在电路中，负载获得的能量通过电感，电感电流可视为直流Idc上面叠加交流Iac，因此，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，另一部分是交流电。

能量等于功率乘以时间，因此一个时间周期传输的能量大小对应于图中的面积大小。

Buck在电路设计中，一般交流电流Iac峰值约为电感平均电流的30%。因此，我们可以得到直流能量占总传输能量的85%，而交流能量占15%。

虽然我们通常不知道功率电感的Q值是多少，但开关频率的Q值不会小于10。即使我们让Q等于10，交流电流的损失也只有1.5%左右。事实上，我在村田官网上查询了功率电感的Q值Mhz处，Q值基本在15-40之间，所以交流能量带来的损失应该是千分之几，比较小。正因为如此，我们在DCDC在电路中，由于其影响较小，一般不需要考虑电感的Q值。

与此同时，电感的直流传递85%的能量给负载，其损失主要由直流传递电阻DCR因此，当我们选择电感时，我们主要看DCR参数。为减少发热，一般选择DCR值小的。

功率电感的Q值曲线

虽然我们不需要考虑电感的Q值，但如果我们感兴趣，我们仍然可以看到它的曲线。至少我们可以知道，在电感的自谐振频率中，电感的Q值是最小的，而不是最大的。

这是村田的1264EY-4R7M的4.7uH在谐振频率处可以看到电感，Q值最小，基本为0。为什么？

这是因为在自谐振频率下，电感与其寄生电容谐振，相当于电阻。或者从微观上看，进入电感的能量在其内部电容和电感中来回滚动，不能释放，只能通过Rs慢慢消耗。

从曲线上也可以看出，频率大于100Khz之后，电感的损失不是主要原因Rdc决定，因为如果是Rdc决定，Q值应随频率线性增加。

那么总电阻Rs是多少？我们来计算一下1。Mh处的Rs。

根据公式Q=jwL/Rs，Q=25，求得Rs=1.18Ω。检查电感规格参数，Rdc=0.029Ω。由此可见，总交流电阻比Rdc大很多的。

什么时候考虑电感？Q值

实际上，Q值的大小取决于实际应用程序，而不是越大越好。例如，如果设计宽带滤波器，过高的Q值会损坏带内的平整度。用于电源去耦电路LC过滤时，高Q值的电感和电容极易产生自谐振状态，从而放大谐振频率附近的噪声。

Q值越高，电感性能越接近理想的无损电感，这也表明其在谐振电路中的选择性越好，因此，谐振电路应选择高Q值电感。

一般来说，对于高频电感或者射频电感，一般对Q值有要求，需要注意。

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