Čo je dcr v induktoroch a aký vplyv má na váš návrh obvodu

Induktory sú široko používané pasívne komponenty v elektronike po rezistoroch a kondenzátoroch. Ideálny induktor ukladá energiu v magnetickom poli a dodáva hladký výstupný prúd do záťaže. Ale v praktickom obvode induktor obsahuje aj určitý odpor s nízkou hodnotou spojený s jeho indukčnou vlastnosťou. Počas toku jednosmerného napájania alebo, aby sme boli konkrétni vo frekvencii 0 Hz, induktory poskytujú odpor voči prúdeniu prúdu. Tento jednosmerný odpor sa označuje ako DCR, čo znamená jednosmerný odpor. V tomto tutoriále sa dozvieme viac o DCR a o tom, ako ovplyvňuje výkon obvodu. Naučíme sa tiež, ako merať hodnotu DCR tlmivky a ako znižovať hodnotu DCR tlmivky pri jeho konštrukcii.

Podobne ako DCR pre induktory, aj kondenzátory majú s nimi spojené niektoré neideálne parametre, ktoré sa nazývajú ekvivalentný radový odpor (ESR) a ekvivalentný radový induktor (ESL), môžete si prečítať článok o ESR a ESL v kondenzátoroch, kde sa o nich dozviete viac a o ich význam v dizajne obvodov.

Čo je DCR v induktoroch?

Pojem DCR znamená DC Resistance. Táto hodnota predstavuje veľkosť odporu, ktorý môže induktor ponúknuť, keď ním prejde jednosmerný signál 0 Hz. V praxi budú mať všetky tlmivky malú hodnotu DCR.

Nasledujúci obrázok predstavuje praktický induktor so skutočnou indukčnosťou v sérii s malým jednosmerným odporom (DCR). Symbol induktora tu predstavuje indukčnosť a odpor v sérii s ním je jednosmerný odpor induktora. Induktory v zásade poskytujú veľmi nízky odpor pre jednosmerný prúd s nízkou frekvenciou a poskytujú vysoký odpor pre vysokofrekvenčné vstupy.

DCR induktora je vzhľadom k odporu cievky pomocou ktorej je induktor je vyrobený. Odpor cievky je úmerný dĺžke drôtu použitého na vytvorenie cievky a dĺžka cievky je tiež úmerná hodnote indukčnosti induktora. Preto induktory s vyššou hodnotou kladú vysoký odpor a tlmivky s nízkou hodnotou poskytujú nízky odpor. Veľká hodnota indukčnosti vyžaduje vyššie počty vinutí ako tlmivky nízkej hodnoty, čím sa zvyšuje dĺžka medeného drôtu. DCR induktorov sa zvyčajne pohybuje od oveľa menej ako 1 ohmov do 3–4 ohmov.

Praktický význam DCR

Teraz vieme, že tlmivky majú malú hodnotu odporu, ale aký je s tým problém? Prečo je dôležité pri navrhovaní nášho obvodu brať do úvahy túto malú hodnotu odporu?

DCR, ktorý je rezistorom, rozptyľuje teplo a znižuje účinnosť rovnako ako akýkoľvek iný rezistor s poklesom napätia na ňom. Účinnosť sa meria pomocou nižšie uvedeného vzorca

Q = w (L / P)

Kde sa Q nazýva Q-faktor. L je indukčný reaktor a R je odpor induktora pri konkrétnej frekvencii. Pomer indukčnej reaktancie s odporom pri danej frekvencii sa nazýva Q-faktor. Tento faktor Q je nevyhnutný v rôznych aplikáciách. Čím vyšší je faktor Q, tým vyššia bude účinnosť. Ak je to teoreticky vypočítané, ideálny induktor má vyšší faktor Q v porovnaní so skutočným. V skutočných induktoroch je tento faktor Q spoľahlivý v DCR.

Z hľadiska aplikácie sa v RF obvodoch používajú induktory s vysokou hodnotou faktora Q, kde sa paralelne s kondenzátorom vytvára kondenzátorový obvod. V takom prípade vysoká hodnota faktora Q induktora pomáha vyvážiť hornú a dolnú frekvenciu rezonančného obvodu pracujúceho v kontinuálnej pásmovej frekvencii.

V aplikáciách týkajúcich sa výkonovej elektroniky je nízka hodnota DCR nevyhnutná pre menší rozptyl energie a malé rozmery balenia. Induktor s nízkym DCR bude mať nízky tvarový faktor ako induktory s vysokou hodnotou DCR. Hlavným účinkom DCR induktora je stratový výkon v dôsledku odporu cievky. Stratu výkonu možno vypočítať podľa zákona o výkone P = I ² R, kde R je ekvivalent jednosmerného odporu induktorov a I je prúd, ktorý ním preteká.

Ako merať DCR induktora?

Väčšina ľudí meria jednosmerný odpor (DCR) induktora pripojením štandardného multimetra cez indukčné cievky na meranie odporu medeného drôtu. Pre induktory s vysokou hodnotou by to mohlo fungovať dosť spravodlivo, pretože medený drôt je tam dosť veľký na to, aby produkoval vysokú hodnotu DCR, ktorú je možné merať typickým viacmetrovým rozlíšením.

Pre induktor s menšou hodnotou je ale hodnota jednosmerného odporu príliš malá (zvyčajne v rozmedzí mili ohmov), aby ju bolo možné merať štandardnými nízkonákladovými multimetrami. Drôty sondy multimetra majú tiež jednosmerný odpor, ktorý zvyšuje hodnotu DCR, čo vedie k chybnému čítaniu. V meraní DCR induktora teda existuje všeobecný problém.

Aktuálny spôsob merania hodnoty DCR induktora je použitie Kelvinovej snímacej dráhy cez elektródy a aplikácie prúdu cez induktor. Pretože DCR induktora je jednosmerný odpor medeného drôtu, vytvorí napätie na svorke induktora na základe Ohmovho zákona, V = I x R. Toto napätie je možné merať pomocou multimetra. Je zrejmé, že táto technika merania má svoje obmedzenia. Pred vykonaním merania by ste si mali byť vedomí niekoľkých vecí, ktoré sú uvedené nižšie.

1. Maximálny prúdový tlmočník. Prúd by nemal prekročiť maximálnu hodnotu prúdu uvedenú v údajovom liste induktora.
2. Nepájivá doštička nie je vhodná na meranie DCR induktorov, pretože pripojenie nepájivej dosky prispieva k hluku a odolnosti.
3. Je dobré používať správne DPS iba s testovacími bodmi, konektormi prúdového a výstupného prúdu a upínacími prvkami komponentov, aby sa zabránilo spájkovaniu.

Nasledujúci obrázok zobrazuje obvod na meranie hodnoty DCR induktora. Induktor, ktorý je tu zobrazený, je ideálnym induktorom a jednosmerný odpor je ekvivalentný sériový odpor. Senzorová čiara sú Kelvinove sense čiary.

Predpokladajme, že tu použitý induktor má trvalý prúdový prúd 1A. Takže vstupný prúd tu bude 1A. Čím vyššia je hodnota vstupného prúdu, tým vyššie bude rozlíšenie nameranej hodnoty DCR, ale ak induktor nedokáže spracovať vysoký prúd, môžu sa použiť aj prúdy s nízkou hodnotou.

Po prechode prúdu sa musí zmerať pokles napätia na vodičoch induktora. Predpokladajme, že pokles napätia na induktore je vypočítaný na približne 50 mV. Potom možno vypočítať DCR tohto induktora ako

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

Ako znížiť DCR pri konštrukcii induktora

Hodnota DCR induktora nemá žiadnu významnú výhodu, a preto je vždy lepšie zvoliť induktor s nízkou hodnotou DCR. Normálne sa pri konštrukcii alebo projektovaní induktorov uvažuje aj s parametrom DCR. DCR tlmivky musí byť veľmi nízke, aby tlmivka neblokovala tok jednosmerného prúdu. Nasledujúce techniky sa používajú na zníženie hodnoty DCR tlmivky

1. Odpor závisí od dĺžky a hrúbky medeného drôtu. Na zníženie jednosmerného odporu tlmivky sa môže namiesto jedného drôtu paralelne navinúť viac drôtov. Vďaka tomuto spojeniu sa výsledný odpor zmenší. Zvážte jeden medený drôt s určitou hodnotou odporu x. Ak je paralelne zapojených viac takýchto vodičov, ekvivalentný odpor sa zníži, pretože paralelné odpory budú mať ako výstup nízky ekvivalentný odpor.

2. Zväčšenie prierezu medeného drôtu znižuje DC odpor tlmiviek. Preto sú hrubšie drôty výhodné pre zníženie DCR.

3. Ďalšou technikou je použitie plochého medeného drôtu namiesto kruhových medených drôtov. Ploché drôty majú v porovnaní s okrúhlymi drôtmi veľkú plochu. To je tiež výhodné pre zníženie celkovej odolnosti.

Na nasledujúcom obrázku je induktor, ktorý je konštruovaný pomocou plochého drôtu. Výrobcom je Wurth Electronics a číslo dielu je 7443641000. Podľa údajového listu má induktor indukčnosť 10uH a odpor DC je 2,4 miliohmov pri 20 stupňoch Celzia.

4. Údajový list induktora poskytuje hodnotenie induktora, kde je uvedená maximálna hodnota DCR. Táto hodnota sa líši v závislosti od teploty. Odporúča sa používať induktor za daných podmienok okolitej teploty na ich prevádzku v oblasti s minimálnou hodnotou DCR.

DCR induktora je teda dôležitým faktorom a malo by sa naň prihliadať pri navrhovaní ľubovoľného obvodu.