Mi az a DCR az induktorokban, és hogyan befolyásolja az áramkör tervezését

Az induktorok az ellenállások és kondenzátorok után széles körben használatos passzív alkatrészek az elektronikában. Az ideális induktor mágneses térben tárolja az energiát, és egyenletes kimeneti áramot juttat el a terheléshez. De egy gyakorlati áramkörben az induktor némi alacsony ellenállást is tartalmaz, amely az induktivitási tulajdonságához kapcsolódik. Az egyenáramú áramlás folyamán, vagy ha 0 Hz-es frekvenciára jellemző, az induktorok ellenállást nyújtanak az áram áramlásával szemben. Ezt az egyenáramú ellenállást DCR-nek nevezik, amely egyenáramú ellenállást jelent. Ebben az oktatóanyagban többet megtudhatunk a DCR-ről és annak hatásáról egy áramkör teljesítményére. Megtanuljuk azt is, hogyan lehet mérni egy induktor DCR értékét, és hogyan lehet csökkenteni az induktor DCR értékét annak felépítése során.

Az induktorok DCR-jéhez hasonlóan a kondenzátorok is tartalmaznak néhány nem ideális paramétert, az úgynevezett egyenértékű sorozatú ellenállás (ESR) és az egyenértékű sorozatú induktivitás (ESL). Elolvashatja az ESR és ESL cikket a Kondenzátorokban, hogy többet megtudjon róla és azok fontossága az áramkör tervezésében.

Mi a DCR az induktorokban?

A DCR kifejezés DC ellenállást jelent. Ez az érték azt az ellenállást jelöli, amelyet az induktor képes nyújtani, ha 0 Hz-es DC jelet vezetnek át rajta. A gyakorlatban minden induktorhoz csekély DCR érték társul.

Az alábbi kép egy praktikus induktivitást ábrázol, amelynek tényleges induktivitása sorozatban, kis DC ellenállással (DCR) rendelkezik. Az induktivitás szimbóluma itt az induktivitást jelöli, és az ezzel soros ellenállás az induktor egyenáramú ellenállása. Az induktorok elvileg nagyon alacsony ellenállást biztosítanak az alacsony frekvenciájú egyenáram ellen, és nagy ellenállást biztosítanak a nagyfrekvenciás bemeneteknél.

Az induktor DCR-je annak a tekercsnek az ellenállásának köszönhető, amelynek segítségével az induktort előállítják. A tekercs ellenállása arányos a tekercs kialakításához használt huzal hosszával, és a tekercs hossza is arányos az induktivitás induktivitási értékével. Ennélfogva a nagyobb értékű induktorok nagy ellenállást alkalmaznak, az alacsony értékű induktorok pedig alacsony ellenállást biztosítanak. Az induktivitás nagy értéke magasabb tekercsszámokat igényel, mint a kis értékű induktorok, ezáltal növelve a rézhuzal hosszát. Az induktorok DCR-je általában jóval kisebb, mint az 1 Ohm és a 3-4 Ohm között.

A DCR gyakorlati jelentősége

Most már tudjuk, hogy az induktoroknak kicsi az ellenállása, de mi a probléma ezzel? Miért fontos figyelembe venni ezt a kis ellenállási értéket áramkörünk megtervezésekor?

A DCR ellenállásként elvezeti a hőt és csökkenti a hatékonyságot, mint bármely más ellenállás, amelynek feszültségesése van rajta. A hatékonyságot az alábbi képlet segítségével mérjük

Q = w (L / R)

Ahol Q-t Q-faktornak nevezzük. L az induktív reaktor és R az induktor ellenállása egy adott frekvencián. Az induktív reaktancia és az ellenállás arányát egy adott frekvencián Q-faktornak nevezzük. Ez a Q tényező elengedhetetlen a különböző alkalmazásokban. Minél magasabb a Q tényező, annál nagyobb lesz a hatékonyság. Elméletileg kiszámítva az ideális induktivitásnak magasabb a Q-tényezője, mint a valódi. Valódi induktorokban ez a Q tényező megbízható a DCR-ben.

Alkalmazás szempontjából nagy Q-tényezőjű induktorokat használnak az RF áramkörökben, ahol vele párhuzamosan kondenzátort használnak egy rezonáns tartály áramkör kialakításához. Ilyen esetben az induktor Q tényezőjének nagy értéke segít egyensúlyban tartani a folyamatos sáv frekvenciában működő rezonáns áramkör felső és alsó frekvenciáját.

A teljesítményelektronikával kapcsolatos alkalmazásokban a DCR alacsony értéke elengedhetetlen a kisebb energiaelvezetéshez és a kis csomagolású lábnyomokhoz. Az alacsony DCR- rel rendelkező induktorok alakja alacsony, mint a magas DCR-értékű induktoroké. Az induktor DCR fő hatása a tekercsellenállás miatti teljesítményveszteség. A teljesítményveszteség kiszámítható a P = I ² R teljesítménytörvénnyel, ahol R egyenértékű az induktorok egyenáramú ellenállásával, és I az átfolyó áram.

Hogyan mérjük az induktor DCR-jét?

A legtöbb ember úgy méri az induktor egyenáramú ellenállását (DCR), hogy a többrangú mérőórát az induktor vezetéken keresztezi a rézhuzal ellenállásának mérésére. Elég tisztességesen működhet a nagy értékű induktoroknál, mert az ottani rézhuzal elég nagy ahhoz, hogy magas, a tipikus több méteres felbontással mérhető DCR-értéket hozzon létre.

De egy kisebb értékű induktor számára az egyenáramú ellenállás értéke túl kicsi (általában mili-ohm tartományban) ahhoz, hogy a szokásos olcsó több méteres méréssel mérhető legyen. A többmérő szonda vezetékeinek is van DC ellenállása, amely összeadja a DCR értéket, ami hibás olvasást eredményez. Tehát van egy általános probléma az Inductor DCR mérésében.

Az Induktor DCR értékének tényleges mérési módja a Kelvin érzékelési útvonal használata a vezetékek között, és az áram indukálása az Induktoron. Mivel az induktor DCR-je a rézhuzal egyenáramú ellenállása, feszültséget termel az induktor terminálján az Ohms törvény alapján, V = I x R. Ez a feszültség a több méteres méréssel mérhető. Nyilvánvaló, hogy ennek a mérési technikának van korlátja. A mérés megkezdése előtt tisztában kell lenni az alább felsorolt ​​néhány dologgal.

1. Az induktorok maximális áramértéke. Az áram nem haladhatja meg az Inductor adatlapjában megadott maximális áramértéket.
2. A kenyérlemez nem alkalmas az induktorok DCR mérésére, mivel a kenyérlemez csatlakozása szintén hozzájárul a zajhoz és az ellenálláshoz.
3. Jó a forrasztás elkerülése érdekében megfelelő nyomtatott áramköri lapot használni, csak tesztelési pontokkal, áram be- és kimeneti csatlakozókkal, valamint az alkatrészpárnák alkatrész-tartószerelvényével.

Az alábbi képen látható az áramkör az induktor DCR-értékének mérésére. Az itt bemutatott induktor ideális induktivitás, a DC ellenállás pedig az egyenértékű soros ellenállás. Az érzék vonala a Kelvin érzék vonala.

Tegyük fel, hogy az itt használt induktor folyamatos áramértéke 1A. Tehát itt a bemeneti áram 1A lesz. Ha nagyobb a bemenő áram értéke, akkor nagyobb lesz a mért DCR érték felbontása, de ha az induktor nem képes kezelni a nagy áramot, akkor alacsony értékű áramokat is használhat.

Az áram átadása után meg kell mérni a feszültségesést az induktor vezetékein. Tegyük fel, hogy az induktoron a feszültségesés kb. 50 mV. Ezután az adott induktor DCR-je kiszámítható

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

Hogyan lehet csökkenteni a DCR-t az induktor felépítése közben

Az induktor DCR értékének nincs jelentős előnye, ezért mindig jobb, ha alacsony DCR értékű induktort választunk. Az induktorok gyártásakor vagy tervezésénél általában a DCR paramétert is figyelembe veszik. Az induktor DCR-jének nagyon alacsonynak kell lennie, hogy az induktor ne akadályozza az egyenáram áramlását. A következő technikákat alkalmazzák az induktor DCR-értékének csökkentésére

1. Az ellenállás a rézhuzal hosszától és vastagságától függ. Az induktor egyenáramú ellenállásának csökkentése érdekében egyetlen vezeték helyett több vezeték is felcsévélhető párhuzamosan. Ennek a kapcsolatnak köszönhetően a kapott ellenállás kisebb lesz. Tekintsünk egyetlen rézhuzalt, amelynek valamilyen x értéke van. Ha több ilyen vezetéket csatlakoztatnak párhuzamosan, akkor az egyenértékű ellenállás csökken, mivel a párhuzamos ellenállások kimenetének alacsony az egyenértékű ellenállása.

2. A rézhuzal keresztmetszetének növelése csökkenti az induktorok egyenáramú ellenállását. Ezért a vastagabb huzalok előnyösek a csökkent DCR szempontjából.

3. Egy másik technika a lapos rézhuzal használata a kerek rézhuzalok helyett. A lapos huzalok nagy területtel rendelkeznek a kerek huzalokhoz képest. Ez az általános ellenállás csökkentése szempontjából is előnyös.

Az alábbi kép egy induktivitás, amelyet lapos huzal segítségével építenek fel. A gyártó a Wurth Electronics és a cikkszám 7443641000. Az adatlap szerint az induktivitás 10 uH induktivitással rendelkezik, és az egyenáramú ellenállás 2,4 mil-ohm 20 Celsius fokon.

4. Az induktor adatlapja tartalmazza az induktor besorolását, ahol a maximális DCR érték meg van adva. Ez az érték a hőmérséklet függvényében változik. Javasoljuk, hogy az induktort adott környezeti hőmérsékleti viszonyok között működtesse a minimális DCR értéktartományban.

Tehát az induktor DCR-je fontos tényező, amelyet figyelembe kell venni bármely áramkör megtervezésekor.