Co je dcr v induktorech a jak to ovlivní váš návrh obvodu

Induktory jsou široce používané pasivní součásti v elektronice po rezistorech a kondenzátorech. Ideální induktor uchovává energii v magnetickém poli a dodává hladký výstupní proud do zátěže. Ale v praktickém obvodu induktor také obsahuje určitý odpor nízké hodnoty spojený s jeho indukční vlastností. Během toku stejnosměrného napájení nebo specificky ve frekvenci 0 Hz, induktory poskytují odpor toku proudu. Tento stejnosměrný odpor se označuje jako DCR, což znamená stejnosměrný odpor. V tomto tutoriálu se dozvíme více o DCR a o tom, jak ovlivňuje výkon obvodu. Naučíme se také, jak měřit hodnotu DCR induktoru a jak snížit hodnotu DCR induktoru během jeho konstrukce.

Podobně jako DCR pro induktory mají kondenzátory také přidružený nějaký neideální parametr zvaný Ekvivalentní odpor řady (ESR) a Ekvivalentní řada indukčnosti (ESL), kde si můžete přečíst článek o ESR a ESL v kondenzátorech, abyste se o něm dozvěděli více význam v designu obvodů.

Co je DCR v induktorech?

Termín DCR znamená DC Resistance. Tato hodnota představuje velikost odporu, který může induktor nabídnout, když jím prochází stejnosměrný signál 0 Hz. V praxi budou mít všechny induktory malou hodnotu DCR.

Níže uvedený obrázek představuje praktický induktor se skutečnou indukčností v sérii s malým stejnosměrným odporem (DCR). Symbol induktoru zde představuje indukčnost a odpor v sérii s ním je stejnosměrný odpor induktoru. Induktory v zásadě poskytují velmi nízký odpor pro stejnosměrný proud s nízkou frekvencí a poskytují vysoký odpor pro vysokofrekvenční vstupy.

DCR induktoru je vzhledem k odporu cívky pomocí které je induktor je vyroben. Odpor cívky je úměrný délce drátu použitého k vytvoření cívky a délka cívky je také úměrná hodnotě indukčnosti induktoru. Induktory s vyšší hodnotou proto kladou vysoký odpor a induktory s nízkou hodnotou poskytují nízký odpor. Velká hodnota indukčnosti vyžaduje vyšší počet vinutí než induktory s nízkou hodnotou, čímž se zvyšuje délka měděného drátu. DCR induktorů se obvykle pohybuje od mnohem méně než 1 Ohm do 3-4 Ohmů.

Praktický význam DCR

Nyní víme, že induktory mají malou hodnotu odporu, ale v čem je problém? Proč je důležité při navrhování našeho obvodu uvažovat o této malé hodnotě odporu?

DCR, který je rezistorem, rozptyluje teplo a snižuje účinnost stejně jako jakýkoli jiný rezistor s poklesem napětí na něm. Účinnost se měří pomocí níže uvedeného vzorce

Q = w (L / P)

Kde se Q nazývá Q-faktor. L je indukční reaktor a R je odpor induktoru při určité frekvenci. Poměr indukční reaktance s odporem při dané frekvenci se nazývá Q-faktor. Tento faktor Q je nezbytný v různých aplikacích. Čím vyšší je faktor Q, tím vyšší bude účinnost. Pokud je to teoreticky vypočítáno, ideální induktor má vyšší faktor Q ve srovnání se skutečným. Ve skutečných induktorech je tento faktor Q spolehlivý v DCR.

Z hlediska aplikace se v RF obvodech používají induktory s vysokou hodnotou faktoru Q, kde se paralelně s kondenzátorem vytváří obvod rezonanční nádrže. V takovém případě pomáhá vysoká hodnota Q faktoru induktoru vyvážit horní a dolní frekvenci rezonančního obvodu pracujícího v kontinuální pásmové frekvenci.

V aplikacích souvisejících s výkonovou elektronikou je nízká hodnota DCR nezbytná pro menší rozptyl energie a malé rozměry balení. Induktor s nízkým DCR bude mít nízký tvarový faktor než induktory s vysokou hodnotou DCR. Hlavním účinkem DCR induktoru je ztrátový výkon v důsledku odporu cívky. Ztrátový výkon lze vypočítat zákonem výkonu P = I ² R, kde R je ekvivalentní stejnosměrnému odporu induktorů a I je proud, který jím protéká.

Jak měřit DCR induktoru?

Většina lidí měří stejnosměrný odpor (DCR) induktoru připojením standardního multimetru přes indukční vodiče k měření odporu měděného drátu. Pro induktory s velkou hodnotou by to mohlo fungovat dost spravedlivě, protože měděný vodič je dostatečně velký na to, aby produkoval vysokou hodnotu DCR, kterou lze měřit typickým vícemetrovým rozlišením.

Ale pro induktor s menší hodnotou je hodnota stejnosměrného odporu příliš malá (typicky v rozsahu mili-ohmů), aby mohla být měřena standardními nízkonákladovými multimetry. Dráty sondy multimetru mají také stejnosměrný odpor, který zvyšuje hodnotu DCR, což vede k chybnému odečtu. V měření DCR induktoru tedy existuje obecný problém.

Skutečným způsobem, jak měřit hodnotu DCR induktoru, je použití Kelvinovy ​​snímací dráhy mezi vodiči a aplikace proudu přes induktor. Vzhledem k tomu, že DCR induktoru je stejnosměrný odpor měděného drátu, bude produkovat napětí přes terminál induktoru na základě Ohmova zákona, V = I x R. Toto napětí lze měřit pomocí multimetru. Je zřejmé, že tato technika měření má omezení. Před provedením měření byste si měli být vědomi několika věcí, které jsou uvedeny níže.

1. Maximální jmenovitý proud induktorů. Proud by neměl překročit maximální jmenovitý proud uvedený v datovém listu induktoru.
2. Nepájivé pole není vhodné pro měření DCR induktorů, protože připojení nepájivého pole také přispívá k šumu a odporu.
3. Je dobré použít správnou desku plošných spojů pouze s testovacími body, konektory Proud dovnitř a ven a součástkami, které drží součástku, aby se zabránilo pájení.

Níže uvedený obrázek ukazuje obvod pro měření hodnoty DCR induktoru. Zde zobrazený induktor je ideálním induktorem a stejnosměrný odpor je ekvivalentní sériový odpor. Smyslová čára je Kelvinova smyslová čára.

Předpokládejme, že zde použitý induktor má jmenovitý trvalý proud 1A. Takže vstupní proud zde bude 1A. Čím vyšší je hodnota vstupního proudu, tím vyšší bude rozlišení naměřené hodnoty DCR, ale pokud váš induktor nedokáže zpracovat vysoký proud, lze použít i nízké hodnoty proudů.

Po průchodu proudu musí být změřen pokles napětí na vodičích induktoru. Předpokládejme, že pokles napětí na induktoru je vypočítán na přibližně 50 mV. Potom lze vypočítat DCR tohoto induktoru jako

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

Jak snížit DCR při konstrukci induktoru

Hodnota DCR induktoru nemá žádnou významnou výhodu, a proto je vždy lepší zvolit induktor s nízkou hodnotou DCR. Normálně se při konstrukci nebo navrhování induktorů uvažuje také parametr DCR. DCR induktoru musí být velmi nízké, aby induktor neblokoval tok stejnosměrného proudu. Následující techniky se používají ke snížení hodnoty DCR induktoru

1. Odpor závisí na délce a tloušťce měděného drátu. Pro snížení stejnosměrného odporu induktoru může být namísto jediného drátu navinuto více vodičů paralelně. Díky tomuto spojení se výsledný odpor zmenší. Zvažte jeden měděný vodič s určitou hodnotou odporu x. Pokud je paralelně připojeno více takových vodičů, ekvivalentní odpor se sníží, protože paralelní odpory budou mít jako výstup nízký ekvivalentní odpor.

2. Zvětšením průřezu měděného drátu se sníží stejnosměrný odpor induktorů. Silnější dráty jsou proto výhodné pro snížení DCR.

3. Další technikou je použití plochého měděného drátu namísto kulatých měděných drátů. Ploché dráty mají ve srovnání s kulatými dráty velkou plochu. To je také výhodné pro snížení celkové odolnosti.

Níže uvedený obrázek je induktor, který je konstruován pomocí plochého drátu. Výrobce je Wurth Electronics a číslo dílu je 7443641000. Podle datového listu má induktor indukčnost 10uH a odpor DC je 2,4 mili-ohmu při 20 stupních Celsia.

4. Datový list induktoru poskytuje hodnocení induktoru, kde je uvedena maximální hodnota DCR. Tato hodnota se liší podle teploty. Pro provoz v oblasti s minimální hodnotou DCR se doporučuje použít induktor za daných podmínek okolní teploty.

DCR induktoru je tedy důležitým faktorem a mělo by se vzít v úvahu při navrhování jakéhokoli obvodu.