【电源专题】DC-DC电路设计为什么一般只考虑电感DCR而不考虑Q值呢?

什么是电感器(线圈)的Q值?

        Q值是表示电感器质量的参数。Q是Quality Factor(质量系数)的简称。线圈会顺利流过直流电流,但会对交流电流产生电阻。这称为感抗,交流频率越高则越大。
        此外,绕组虽是导体,但有一定的电阻成分(R)。这电阻成份和对应频率的电感之比(R/2πfL)称为损耗系数,其倒数便是Q值(Q=2πfL/R)。f是流过线圈的电流频率,Q值会随频率发生变化。简而言之,Q值越高,损耗越低对于高频电感器而言,其具有十分优异的特性。

功率电感为什么不考虑Q值?

        不过在DC-DC电路设计中,我们却很少去考虑Q值,而且厂家在规格书中一般也不会标注电感的Q值。如下所示国产电感规格书,只标了感值、直流内阻值、饱和电流和温升电流。

        在一些大厂的网站上,大部分功率电感没有看到Q值的信息。

        从前面Q值的介绍中,我们可以看出Q值越小,损耗越高,而DC-DC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。使用铁氧体系电感器,在1MHz~10MHz(大部分的降压电源芯片的开关频率)处,Q值基本在15-40之间,因此交流能量带来的损耗应该是千分之几,对于直流损耗,明显是比较小的。正是因为如此,我们在DCDC电路中,一般不用去考虑电感的Q值,因为它的影响比较小。

        与此同时,电感的直流电传递了85%的能量给了负载,而其损耗主要由直流导通电阻DCR决定,因此,我们在选用电感的时候,主要去看DCR参数。为了减小发热,一般选用DCR值小的。

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