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电感的第6篇:品质因数Q

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这次大概是最后一次讲电感,因为要“雨露均沾”,要“六宫祥和”,还要给别的器件留点机会。今天要讲的内容--电感的品质因数Q,谈不上面试题,也很少有笔试题会考到,在DC-DC设计中基本不会有涉及,但还是想通俗地聊一聊,因为它容易被忽视。

   

电感品质因数Q是什么


   

   


百度百科给出的定义:电感在某一频率的交流电压下工作时,所呈现的感抗XL与其等效损耗电阻R之比。只看这个定义,有些懵,并没有讲清楚是用来做什么的。
其实,通俗讲,品质因数就是表征电感线圈的质量。电感线圈质量好不好,Q值是一项重要的质量指标,而Q就是quality(质量)的缩写。那Q值与线圈质量有啥关系呢?请继续往下看。

   

电感的等效模型


   

   


要弄清楚Q值与线圈质量的关系,这里有必要先说下电感的高频等效模型。从TDK官网绕线电感SPM4030给出的解释来看,电感L是等效于L1//C1//R1再和R2串联的模型。其中,R2是磁珠的直流阻抗Rdc,这个值通常很小,mΩ级。L1是电感,R1是电感的交流阻抗Rac(包括磁芯损耗、集肤效应等)、C1是电感的寄生电容。总之,高频条件下,电感L既有电感、又有电容,还有电阻。电感和电容就表现为电抗XL,Rdc和Rac就是等效电阻R。

再结合百度百科给出的定义来理解品质因数Q,这个公式似乎有点清晰了。

由上式可以看出,品质因数Q与等效电阻R呈反比。电阻越小,线圈损耗越小,Q值越大;反之,电阻越大,线圈损耗越大,Q值越小。

下图为TDK的电感等效模型:


   

品质因数Q与线圈损耗的关系


   

   


结合等效模型,电抗XL部分,不管是电感还是电容,它们只是把能量储存再释放,从左手倒右手,实际是不消耗能量的,这部分可以理解为在无功功率。而等效电阻,在传递能量过程中会产生热量耗散掉,是在实际消耗能量,这部分可以理解为有功功率。



这样,我们对品质因数Q是不是可以有更深的理解?从能量的角度来看,等效电阻越大,对应的有功功率就越大,实际消耗掉的能量就越大,电感存储或释放能量的效率就越低。

相反,等效电阻越小,对应的有功功率越小,实际消耗的能量越小,电感传递能量的效率就越高。

所以,品质因数Q与线圈损耗呈反比。Q越大,线圈损耗越小。品质因数Q可以用于衡量电感的损耗情况。但这里并不是说,Q值越高就越好,具体要看实际应用场景。


   

电感高Q值的应用


   

   


高Q值的电感有什么用?

高Q值,意味着电感线圈的损耗小,在与电容C组成LC谐振电路时,具有更好的谐振选频特性,谐振的通频带更窄。特别是在无线电设备的调谐回路中,表现尤为明显。


   

总结


   

   


总结下今天聊的内容:
(1)品质因数Q=XL/R,XL为电抗,R为等效电阻;
(2)品质因数Q=储存的能量/消耗的能量(从能量的角度);
(3)品质因数Q就是表征电感线圈的质量;
(4)品质因数Q可以用于衡量电感的损耗情况;
(5)高Q值电感通常与电容组成的谐振电路具有更好的选频特性;
(6)电感的高频等效模型:L1//C1//R1再和R2串联;


梳理下前面发的面试题,电感基本上差不多了。点击链接可跳转原文。

面试题一:DC-DC设计中电感如何选型?(面试中标率极高)

链接:这道面试题中标率极高,你有必要看看!

笔试题二:DC-DC的电感感值如何计算?(干货贼多)

链接:纯干货!DC-DC的电感计算公式推导过程!

面试题三:Buck电路当负载电流从1A->2A,电感感值该如何调整?(实际应用)

链接:当Buck电路的负载电流从1A增大到2A,电感该调大还是调小?

面试题四:电感阻抗随着频率如何变化,感值随着频率如何变化呢?(重要特性)

链接:DC-DC电感选型时自谐振频率要大于10倍开关频率?

面试题五:电感有几种电流?如何降额设计?(基本功)

链接:电感有几种电流?怎么来的?电流降额百分比多少?

附加题六:品质因数Q与线圈损耗的关系,高Q值电感的应用?(即本文)


 


怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?


来源:硬件微讲堂
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首次发布时间:2023-05-12
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