Hva er DCR i induktorer og hvordan påvirker det kretsutformingen din?

Induktorer er mye brukt passive komponenter i elektronikk etter motstander og kondensatorer. En ideell spole lagrer energi i et magnetfelt og leverer en jevn utgangsstrøm til lasten. Men i en praktisk krets inneholder en induktor også noen motstander med lav verdi assosiert med induktansegenskapen. Under strømmen av DC-forsyning eller for å være spesifikk i 0 Hertz-frekvens, gir induktorer motstand mot strømmen. Denne DC-motstanden kalles DCR som står for DC-motstand. I denne opplæringen vil vi lære mer om DCR og hvordan det påvirker ytelsen til en krets. Vi vil også lære hvordan man måler DCR-verdien til en induktor og hvordan man kan redusere DCR-verdien til en induktor under konstruksjonen.

I likhet med DCR for induktorer har kondensatorene også noen ikke-ideelle parametere assosiert med den kalt Equivalent Series resistance (ESR) og Equivalent series Inductance (ESL). Du kan lese artikkelen om ESR og ESL i kondensatorer for å vite mer om det og deres betydning i kretsdesign.

Hva er DCR i induktorer?

Begrepet DCR står for DC Resistance. Denne verdien representerer mengden motstand en induktor kan tilby når et DC-signal på 0Hz føres gjennom det. I praksis vil alle induktorer ha en liten verdi av DCR assosiert med seg.

Bildet nedenfor representerer en praktisk induktor med sin faktiske induktans i serie med en liten DC-motstand (DCR). Induktorsymbolet her representerer induktansen, og motstanden i serie med den er DC-motstanden til induktoren. I prinsippet gir induktorer en veldig lav motstand for likestrøm med lav frekvens og gir høy motstand for høyfrekvente innganger.

Den DCR av en spole er på grunn av motstanden i spolen ved hjelp av hvilken induktoren er gjort. Motstanden til spolen er proporsjonal med lengden på ledningen som brukes til å danne spolen, og lengden på spolen er også proporsjonal med induktansverdien til induktoren. Derfor gir induktorer med høyere verdi høy motstand, og induktorer med lav verdi gir lav motstand. En stor induktansverdi krever høyere viklingstall enn induktorene med lav verdi, og dermed øker kobbertrådlengden. Induktorens DCR varierer vanligvis fra langt mindre enn 1 ohm til 3-4 ohm.

Praktisk betydning av DCR

Nå vet vi at induktorer har en liten motstandsverdi med det, men hva er problemet med det? Hvorfor er det viktig å vurdere denne lille verdien av motstand mens du designer kretsen vår?

DCR, som er en motstand, avgir varme og reduserer effektiviteten akkurat som enhver annen motstand med et spenningsfall over den. Effektiviteten måles ved hjelp av formelen nedenfor

Q = w (L / R)

Hvor kalles Q for Q-faktoren. L er den induktive reaktoren og R er motstanden til induktoren ved en bestemt frekvens. Forholdet mellom en induktiv reaktans og motstanden ved en gitt frekvens kalles Q-faktor. Denne Q-faktoren er viktig i forskjellige applikasjoner. Jo høyere Q-faktoren er, høyere vil effektiviteten være. Hvis teoretisk beregnet, har en ideell induktor en høyere Q-faktor sammenlignet med den virkelige. I ekte induktorer er denne Q-faktoren pålitelig i DCR.

Applikasjonsmessig brukes induktorer med en høy verdi av Q-faktor i RF-kretsene der en kondensator brukes parallelt med den for å danne en resonant-tankkrets. I et slikt tilfelle hjelper den høye verdien av Q-faktoren til en induktor til å balansere den øvre og nedre frekvensen til resonanskretsen som opererer i en kontinuerlig båndfrekvens.

I kraftelektronikrelatert applikasjon er den lave verdien av DCR avgjørende for mindre strømforsyning så vel som små pakkefotavtrykk. Induktor med lav DCR vil ha lav formfaktor enn induktorer med høy verdi av DCR. Den viktigste effekten av induktorens DCR er strømforsyningen på grunn av spolemotstanden. Effektavledningen kan beregnes av kraftloven P = I ² R hvor R tilsvarer induktorer DC-motstand og I er strømmen som strømmer gjennom den.

Hvordan måler DCR av en induktor?

De fleste mennesker måler DC-motstanden (DCR) til en induktor ved å koble en standard multimeter over induktoren fører til å måle motstanden til kobbertråden. Det kan fungere greit nok for induktorer med stor verdi, fordi kobbertråden der er stor nok til å produsere en høy DCR-verdi som kan måles ved den typiske multimeteroppløsningen.

Men for en mindre induktor er likestrømsmotstandsverdien for liten (vanligvis i miliohm-området) til å kunne måles med standard billig multimeter. Multi-meters probeledninger har også DC-motstand som gir opp til DCR-verdi, noe som resulterer i feil lesing. Så det er et generisk problem i Inductors DCR-måling.

Den faktiske måten å måle en induktors DCR-verdi på er å bruke en Kelvin-avkjenningsbane over ledningene og bruke strøm over induktoren. Ettersom DCR of Inductor er DC-motstanden til kobbertråden, vil den produsere en spenning over induktorens terminal basert på Ohms-loven, V = I x R. Denne spenningen kan måles ved hjelp av multimeteret. Åpenbart har denne måleteknikken en begrensning. Før du tar målingen, må du være oppmerksom på noen få ting som er oppført nedenfor.

1. Den maksimale strømverdien til induktorene. Strømmen bør ikke overstige den maksimale strømverdien som er angitt i induktorens datablad.
2. Et brødbrett er ikke egnet for induktorer DCR-måling da brødbrettforbindelsen også bidrar til støy og motstand.
3. Det er bra å bruke riktig PCB med bare testpunkter, strøm inn og ut kontakter og komponentpads komponentens holder for å unngå lodding.

Bildet nedenfor viser kretsen for å måle DCR-verdien til en induktor. Induktoren vist her er en ideell induktor og DC-motstanden er den tilsvarende seriemotstanden. Sanselinjen er Kelvin sanselinjene.

La oss anta at induktoren som brukes her har en kontinuerlig strømstyrke på 1A. Så vi inngangsstrømmen her vil være 1A. Høyere verdi av inngangsstrøm høyere vil være oppløsningen til den målte DCR-verdien, men hvis induktoren din ikke kan håndtere høystrøm med lav verdi, kan også strøm brukes.

Etter å ha passert strømmen må spenningsfallet over induktorens ledninger måles. Anta at spenningsfallet over induktoren beregnes til ca. 50mV. Deretter kan DCR for den induktoren beregnes som

V = I x R R = V / I R = 0,05 / 1 R = 0,05 ohm

Hvordan redusere DCR mens du konstruerer induktoren

DCR-verdien til en induktor har ingen signifikant fordel, og det er derfor alltid bedre å velge en induktor med lav DCR-verdi. Normalt når induktorer konstrueres eller designes, blir også DCR-parameteren vurdert. DCR til en induktor må være veldig lav slik at induktoren ikke blokkerer DC-strømstrømmen. Følgende teknikker brukes til å redusere DCR-verdien til en induktor

1. Motstanden avhenger av kobbertrådens lengde og tykkelse. For å senke DC-motstanden til en induktor, i stedet for en enkelt ledning, kan flere ledninger såres parallelt. På grunn av denne forbindelsen blir den resulterende motstanden mindre. Tenk på en enkelt kobbertråd med noen x-motstandsverdier. Hvis flere slike ledninger er koblet parallelt, vil ekvivalent motstand reduseres siden motstander parallelt vil ha en lav ekvivalent motstand som utgang.

2. Å øke tverrsnittsarealet til kobbertråden reduserer induktorens DC-motstand. Derfor er tykkere ledninger gunstige for redusert DCR.

3. En annen teknikk er å bruke flat kobbertråd i stedet for de runde kobbertrådene. Flate ledninger har et stort område sammenlignet med de runde ledningene. Dette er også gunstig for å redusere den totale motstanden.

Bildet nedenfor er en induktor som er konstruert ved hjelp av flat ledning. Produsenten er Wurth Electronics og delenummeret er 7443641000. I henhold til databladet har induktoren en induktans på 10uH og DC-motstanden er 2,4 miliohm ved 20 grader Celsius.

4. Induktorens datablad gir klassifiseringene til induktoren der maksimal DCR-verdi er spesifisert. Denne verdien varierer avhengig av temperaturen. Det anbefales å bruke induktoren i gitt omgivelsestemperatur for å bruke dem i minimum DCR-verdi.

Så DCR til en induktor er en viktig faktor og bør vurderes når du designer en hvilken som helst krets.