Mikä on dcr induktoreissa ja miten se vaikuttaa piirisi suunnitteluun

Induktorit ovat laajalti käytettyjä passiivisia komponentteja elektroniikassa vastusten ja kondensaattoreiden jälkeen. Ihanteellinen induktori varaa energiaa magneettikenttään ja antaa tasaisen lähtövirran kuormalle. Mutta käytännöllisessä piirissä induktori sisältää myös jonkin verran matalan arvon vastusta, joka liittyy sen induktanssiominaisuuteen. Tasavirransyötön aikana tai ollakseen spesifinen 0 Hz: n taajuudella induktorit tarjoavat vastuksen virran virtaukselle. Tätä DC-vastusta kutsutaan DCR: ksi, joka tarkoittaa DC-vastusta. Tässä opetusohjelmassa opimme lisää DCR: stä ja siitä, miten se vaikuttaa piirin suorituskykyyn. Opimme myös kuinka mitata induktorin DCR-arvoa ja kuinka pienentää induktorin DCR-arvoa sen rakentamisen aikana.

Kuten DCR induktoreille, kondensaattoreihin liittyy myös joitain ei-ihanteellisia parametreja, joita kutsutaan Equivalent Series Resistance (ESR) ja Equivalent Series Inductance (ESL). Voit lukea artikkelin ESR: stä ja ESL: stä kondensaattoreissa tietääksesi enemmän siitä ja niiden merkitys piirien suunnittelussa.

Mikä on DCR induktoreissa?

Termi DCR tarkoittaa DC-vastusta. Tämä arvo edustaa vastuksen määrää, jonka induktori voi tarjota, kun sen läpi kulkee 0 Hz: n DC-signaali. Käytännössä kaikkiin induktoreihin liittyy pieni DCR-arvo.

Alla oleva kuva edustaa käytännöllistä induktoria sen todellisella induktanssilla sarjaan pienellä DC-vastuksella (DCR). Induktorisymboli edustaa tässä induktanssia, ja sen kanssa sarjana oleva vastus on induktorin DC-vastus. Periaatteessa induktorit tarjoavat erittäin pienen vastuksen tasavirralle matalalla taajuudella ja tarjoavat korkean vastuksen suuritaajuisille tuloille.

DCR induktorin johtuu kelan resistanssi, jota käyttäen IC on tehty. Kelan vastus on verrannollinen kelan muodostamiseen käytetyn langan pituuteen, ja kelan pituus on myös verrannollinen kelan induktanssiarvoon. Siksi korkeamman arvon induktorit aiheuttavat suuren vastuksen ja pieniarvoiset induktorit tuottavat matalan vastuksen. Suuri induktanssiarvo vaatii suurempia käämilukuja kuin pieniarvoiset induktorit, mikä lisää kuparilangan pituutta. Induktorien DCR vaihtelee tyypillisesti paljon alle 1 ohmista 3-4 ohmiin.

DCR: n käytännön merkitys

Nyt tiedämme, että induktoreilla on pieni resistanssin arvo, mutta mikä on siinä ongelma? Miksi on tärkeää ottaa huomioon tämä pieni vastuksen arvo suunniteltaessamme virtapiiriämme?

DCR on vastus, joka johtaa lämpöä ja vähentää hyötysuhdetta aivan kuten kaikki muut vastukset, joiden jännitehäviö on sen yli. Tehokkuus mitataan seuraavalla kaavalla

Q = w (L / R)

Missä Q: ta kutsutaan Q-tekijäksi. L on induktiivinen reaktori ja R on induktorin vastus tietyllä taajuudella. Induktiivisen reaktanssin suhdetta vastukseen tietyllä taajuudella kutsutaan Q-tekijäksi. Tämä Q-tekijä on välttämätön eri sovelluksissa. Mitä korkeampi Q-kerroin on, sitä suurempi on hyötysuhde. Jos teoreettisesti lasketaan, ihanteellisella induktorilla on korkeampi Q-kerroin kuin todelliseen. Todellisissa induktoreissa tämä Q-tekijä on luotettava DCR: ssä.

Sovelluksen kannalta induktoreita, joilla on suuri Q-kerroin, käytetään RF-piireissä, joissa kondensaattoria käytetään sen kanssa rinnakkain resonanssisäiliöpiirin muodostamiseksi. Tällöin induktorin Q-tekijän korkea arvo auttaa tasapainottamaan jatkuvalla kaistalla toimivan resonanssipiirin ylempää ja alempaa taajuutta.

Tehoelektroniikkaan liittyvässä sovelluksessa DCR: n alhainen arvo on välttämätön pienemmälle virrankulutukselle ja pienille pakkausjäljille. Pienellä DCR: llä varustetulla induktorilla on matala muotokerroin kuin induktoreilla, joilla on korkea DCR-arvo. Induktorin DCR: n suurin vaikutus on kelan vastuksen aiheuttama tehohäviö. Tehohäviö voidaan laskea teholakilla P = I ² R, jossa R on ekvivalentti induktoreiden DC-resistanssille ja I on sen läpi virtaava virta.

Kuinka mitata induktorin DCR?

Useimmat ihmiset mittaavat induktorin DC-vastuksen (DCR) kytkemällä tavallisen monimittarin induktorijohtimien läpi kuparilangan vastuksen mittaamiseksi. Se saattaa toimia riittävän oikeudenmukaisesti suuriarvoisille induktoreille, koska siellä oleva kuparilanka on riittävän suuri tuottamaan korkean DCR-arvon, joka voidaan mitata tyypillisellä usean metrin resoluutiolla.

Mutta pienemmän arvon induktorille DC-vastusarvo on liian pieni (tyypillisesti mili-ohmialueella), jotta sitä voidaan mitata tavanomaisilla edullisilla monimittareilla. Myös monimittarin anturijohtimilla on myös DC-vastus, joka lisää DCR-arvon johtaen virheelliseen lukemiseen. Joten Inductorin DCR-mittauksessa on yleinen ongelma.

Varsinainen tapa mitata induktorin DCR-arvo on käyttää Kelvin-anturireittiä johtimien yli ja syöttää virtaa induktorin yli. Koska induktorin DCR on kuparilangan DC-vastus, se tuottaa jännitteen induktorin liittimen yli Ohmin lain perusteella, V = I x R. Tämä jännite voidaan mitata käyttämällä monimittaria. Tällä mittaustekniikalla on tietysti rajoitus. Ennen mittauksen aloittamista sinun tulee olla tietoinen muutamista alla luetelluista asioista.

1. Induktorien enimmäisvirta. Virran ei tulisi ylittää Inductorin datalehdessä ilmoitettua maksimiarvoa.
2. Leipälauta ei sovellu induktoreiden DCR-mittaukseen, koska leipälautaliitäntä lisää myös melua ja vastusta.
3. On hyvä käyttää asianmukaista piirilevyä, jossa on vain testipisteet, virta sisään ja ulos -liittimet ja komponenttityynyjen komponenttikiinnike juottamisen välttämiseksi.

Alla olevassa kuvassa näkyy piiri induktorin DCR-arvon mittaamiseksi. Tässä esitetty induktori on ihanteellinen induktori ja DC-vastus on vastaava sarjaresistanssi. Aistiviiva on Kelvinin aistiviiva.

Oletetaan, että tässä käytetyllä kelalla on jatkuva virran nimellisarvo 1A. Joten me tulovirta on tässä 1A. Suurempi tulovirran arvo on suurempi mitatun DCR-arvon erottelukyky, mutta jos induktorisi ei kykene käsittelemään suurivirtaa, voidaan käyttää myös pieniarvoisia virtoja.

Virran ohittamisen jälkeen on mitattava jännitteen pudotus kelan johtimien yli. Oletetaan, että jännitehäviö induktorin yli lasketaan noin 50 mV: lla. Sitten kyseisen induktorin DCR voidaan laskea

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

Kuinka pienentää DCR: ää rakennettaessa kelaa

Induktorin DCR-arvolla ei ole merkittävää etua, joten on aina parempi valita induktori, jolla on pieni DCR-arvo. Normaalisti kun induktoreita rakennetaan tai suunnitellaan, otetaan huomioon myös DCR-parametri. Induktorin DCR: n on oltava hyvin matala, jotta induktori ei estä DC-virtaa. Seuraavia tekniikoita käytetään induktorin DCR-arvon pienentämiseen

1. Vastus riippuu kuparilangan pituudesta ja paksuudesta. Induktorin DC-resistanssin pienentämiseksi voidaan yhden johtimen sijasta kelata useita johtoja rinnakkain. Tämän yhteyden ansiosta tuloksena oleva vastus pienenee. Tarkastellaan yhtä kuparilangkaa, jolla on jonkin verran vastuksen arvoa. Jos useita tällaisia ​​johtoja kytketään rinnakkain, vastaava vastus pienenee, koska rinnakkaisten vastusten vastus on pieni lähtöä vastaavana.

2. Kuparilangan poikkipinta-alan lisääminen vähentää induktoreiden DC-vastusta. Siksi paksummat johdot ovat hyödyllisiä pienemmälle DCR: lle.

3. Toinen tekniikka on käyttää litteää kuparilangkaa pyöreiden kuparilangojen sijaan. Litteillä johtimilla on suuri ala kuin pyöreillä johtimilla. Tämä on myös hyödyllistä vähentää kokonaisvastusta.

Alla oleva kuva on induktori, joka on rakennettu litteällä johdolla. Valmistaja on Wurth Electronics ja osanumero on 7443641000. Datalehden mukaan induktorin induktanssi on 10 uH ja DC-vastus on 2,4 mili-ohmia 20 celsiusasteessa.

4. Induktorin tietolomake antaa induktorin luokitukset, joissa suurin DCR-arvo on määritetty. Tämä arvo vaihtelee lämpötilan mukaan. On suositeltavaa käyttää induktoria tietyssä ympäristölämpötilaolosuhteessa, jotta niitä voidaan käyttää pienimmällä DCR-arvon alueella.

Joten induktorin DCR on tärkeä tekijä, ja se tulisi ottaa huomioon suunniteltaessa mitä tahansa piiriä.