Що таке DCR в індукторах і як це впливає на вашу схему

Індуктори є широко використовуваними пасивними компонентами в електроніці після резисторів і конденсаторів. Ідеальний індуктор зберігає енергію в магнітному полі і подає плавний вихідний струм на навантаження. Але в практичній схемі індуктор також містить деякий опір низького значення, пов'язаний з його властивістю індуктивності. Під час потоку постійного струму або, якщо бути точним у частоті 0 Герц, індуктори забезпечують опір потоку струму. Цей опір постійного струму називається DCR, що означає опір постійного струму. У цьому підручнику ми дізнаємося більше про DCR і про те, як він впливає на продуктивність схеми. Ми також дізнаємося, як виміряти значення DCR індуктивності та як зменшити значення DCR індуктора під час його побудови.

Подібно до DCR для індукторів, конденсатори також мають пов'язаний з ним неідеальний параметр, який називається Опір еквівалентного ряду (ESR) та Індуктивність еквівалентного ряду (ESL). Ви можете прочитати статтю про ESR та ESL в конденсаторах, щоб дізнатися більше про це та їх значення в проектуванні схем.

Що таке DCR в індукторах?

Термін DCR означає " Опір постійного струму". Це значення представляє величину опору, який може подати індуктор, коли через нього пропускається сигнал постійного струму 0 Гц. На практиці всі індуктори матимуть невелике значення DCR, пов'язане з цим.

Наведене нижче зображення представляє практичний індуктор із його фактичною індуктивністю послідовно з невеликим опором постійного струму (DCR). Символ індуктивності тут представляє індуктивність, а резистор послідовно з ним - опір постійного струму індуктора. В принципі, індуктори забезпечують дуже низький опір постійного струму з низькою частотою і забезпечують високий опір для високочастотних входів.

DCR індуктора пов'язано з опором котушки з допомогою якого виготовлена котушка індуктивності. Опір котушки пропорційний довжині дроту, який використовується для формування котушки, а довжина котушки також пропорційна значенню індуктивності індуктора. Отже, індуктори більшого значення накладають високий опір, а індуктори низького значення забезпечують низький опір. Велике значення індуктивності вимагає вищих чисел обмоток, ніж низькоіндуктивні індуктори, таким чином збільшуючи довжину мідного дроту. DCR індукторів, як правило, коливається від набагато менше 1 Ом до 3-4 Ом.

Практичне значення DCR

Тепер ми знаємо, що індуктори мають невелике значення опору при цьому, але в чому проблема в цьому? Чому важливо враховувати це невелике значення опору під час проектування нашої схеми?

Як резистор DCR розсіює тепло і знижує ефективність, як і будь-який інший резистор із падінням напруги на ньому. Ефективність вимірюється за наведеною нижче формулою

Q = w (L / R)

Де Q називається Q-фактором. L - індуктивний реактор, а R - опір індуктора на певній частоті. Відношення індуктивного реактивного опору до опору на даній частоті називається Q-фактором. Цей коефіцієнт Q важливий для різних застосувань. Чим вище коефіцієнт Q, тим вище буде ефективність. Якщо теоретично розрахувати, ідеальна індуктивність має вищий коефіцієнт Q у порівнянні з реальною. У реальних індукторах цей коефіцієнт Q надійний у DCR.

З урахуванням застосування індуктори з високим значенням коефіцієнта Q використовуються в радіочастотних ланцюгах, де паралельно з ним використовується конденсатор, який утворює резонансний контур резервуара. У такому випадку високе значення коефіцієнта Q індуктивності допомагає збалансувати верхню і нижню частоти резонансного кола, що працює в безперервній смузі частот.

У застосуванні, пов'язаному з силовою електронікою, низьке значення DCR має важливе значення для меншої витрати енергії, а також для невеликих розмірів упаковки. Індуктор з низьким DCR матиме низький форм-фактор, ніж індуктори з високим значенням DCR. Основним ефектом DCR індуктора є розсіювання потужності, обумовлене опором котушки. Розсіювання потужності можна розрахувати за законом потужності P = I ² R, де R еквівалентно опору постійного струму індукторів, а I - струм, що проходить через нього.

Як виміряти DCR індуктора?

Більшість людей вимірюють опір постійного струму (DCR) індуктора, підключаючи стандартний багатометровий привід через індуктор, щоб виміряти опір мідного дроту. Це може працювати досить справедливо для великих індукторів, оскільки мідний дріт там досить великий, щоб отримати велике значення DCR, яке можна виміряти за типовою багатометровою роздільною здатністю.

Але для індуктора меншого значення значення опору постійного струму занадто мало (як правило, в міліомах), щоб вимірювати його за допомогою стандартних недорогих мультиметрів. Також дроти зонда багатометрового вимірювання також мають опір постійного струму, що додає значення DCR, що призводить до неправильного зчитування. Отже, є загальна проблема в вимірюванні DCR індуктора.

Фактичним способом вимірювання значення DCR індуктора є використання сенсорного тракту Кельвіна через відведення та подання струму через індуктор. Оскільки DCR індуктора є опором постійного струму мідного дроту, він буде виробляти напругу на клемі індуктора на основі закону Омів, V = I x R. Цю напругу можна виміряти за допомогою мультиметра. Очевидно, що ця техніка вимірювання має обмеження. Перш ніж проводити вимірювання, слід знати декілька речей, перелічених нижче.

1. Максимальний струм індукторів. Струм не повинен перевищувати максимального значення струму, зазначеного в паспорті індуктора.
2. Макет не підходить для вимірювання DCR індукторів, оскільки підключення макета також сприяє шуму та опору.
3. Добре використовувати належну друковану плату лише з контрольними точками, роз'ємами струму та виходу струму та утримуючим елементом компонентних накладок, щоб уникнути пайки.

На зображенні нижче показано схему вимірювання значення DCR індуктора. Індуктор, показаний тут, є ідеальним індуктором, а опір постійного струму - еквівалентний послідовний опір. Сенсорна лінія - це кельвінівські сенсорні лінії.

Припустимо, що використовуваний тут індуктор має постійний номінальний струм 1А. Отже, ми вхідним струмом тут буде 1А. Чим вище значення вхідного струму, тим вище буде роздільна здатність виміряного значення DCR, але якщо ваша котушка індуктивності не справляється зі струмом високого струму, також можна використовувати струми низького значення.

Після пропускання струму слід виміряти падіння напруги на відведеннях дроселя. Припустимо, падіння напруги на індукторі обчислюється приблизно на 50 мВ. Тоді DCR цього індуктора можна обчислити як

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

Як зменшити DCR при побудові індуктора

Значення DCR індуктивності не має суттєвої переваги, і тому завжди краще вибрати індуктор з низьким значенням DCR. Зазвичай, коли індуктори будуються або проектуються, параметр DCR також враховується. DCR індуктивності повинен бути дуже низьким, щоб індуктор не перекривав потік постійного струму. Наступні методи використовуються для зменшення значення DCR індуктивності

1. Опір залежить від довжини та товщини мідного дроту. Для зниження опору постійного струму індуктора замість одного дроту можна паралельно намотувати кілька проводів. Завдяки такому з'єднанню результуючий опір стає менше. Розглянемо одинарний мідний дріт з деяким значенням опору x. Якщо паралельно підключено кілька таких проводів, еквівалентний опір буде зменшено, оскільки паралельні резистори матимуть низький еквівалентний опір як вихід.

2. Збільшення площі перерізу мідного дроту зменшує опір постійного струму котушок індуктивності. Тому більш товсті дроти корисні для зменшеного DCR.

3. Інший прийом полягає у використанні плоского мідного дроту замість круглого мідного дроту. Плоскі дроти мають велику площу в порівнянні з круглими. Це також корисно для зниження загального опору.

Нижче зображення - індуктор, який побудований за допомогою плоского дроту. Виробником є ​​Wurth Electronics, а номер деталі - 7443641000. Згідно з технічним паспортом, індуктивність має індуктивність 10 мкГн, а опір постійному струму 2,4 міліома при 20 градусах Цельсія.

4. Інформаційний паспорт індуктора надає рейтинги індуктора, де вказано максимальне значення DCR. Це значення змінюється залежно від температури. Рекомендується використовувати індуктор у заданих умовах температури навколишнього середовища для роботи в області мінімальних значень DCR.

Отже, DCR індуктивності є важливим фактором, і його слід враховувати при проектуванні будь-якої схеми.