Τι είναι το dcr στους επαγωγείς και πώς επηρεάζει το σχεδιασμό των κυκλωμάτων σας

Οι επαγωγείς χρησιμοποιούνται ευρέως παθητικά εξαρτήματα στα ηλεκτρονικά μετά από αντιστάσεις και πυκνωτές. Ένας ιδανικός επαγωγέας αποθηκεύει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο και παρέχει ένα ομαλό ρεύμα εξόδου στο φορτίο. Αλλά σε ένα πρακτικό κύκλωμα, ένας επαγωγέας περιέχει επίσης κάποια αντίσταση χαμηλής τιμής που σχετίζεται με την ιδιότητα επαγωγής. Κατά τη ροή της παροχής DC ή για να είμαστε συγκεκριμένοι σε συχνότητα 0 Hertz, οι επαγωγείς παρέχουν αντίσταση στη ροή του ρεύματος. Αυτή η αντίσταση DC αναφέρεται ως DCR που σημαίνει αντίσταση DC. Σε αυτό το σεμινάριο θα μάθουμε περισσότερα για το DCR και πώς επηρεάζει την απόδοση ενός κυκλώματος. Θα μάθουμε επίσης πώς να μετρήσουμε την τιμή DCR ενός επαγωγέα και πώς να μειώσουμε την τιμή DCR ενός επαγωγέα κατά τη διάρκεια της κατασκευής του.

Παρόμοια με το DCR για επαγωγείς, οι πυκνωτές έχουν επίσης κάποια μη ιδανική παράμετρο που σχετίζεται με αυτήν που ονομάζεται Equivalent Series resistance (ESR) και Equivalent series Inductance (ESL), μπορείτε να διαβάσετε το άρθρο για ESR και ESL σε πυκνωτές για να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτό και τους σημασία στο σχεδιασμό κυκλωμάτων.

Τι είναι το DCR στους επαγωγείς;

Ο όρος DCR σημαίνει DC Resistance. Αυτή η τιμή αντιπροσωπεύει την ποσότητα αντίστασης που μπορεί να προσφέρει ένας επαγωγέας όταν ένα σήμα DC 0Hz περνά μέσα από αυτό. Στην πράξη όλοι οι επαγωγείς θα έχουν μια μικρή τιμή DCR που σχετίζεται με αυτό.

Η παρακάτω εικόνα αντιπροσωπεύει έναν πρακτικό επαγωγέα με την πραγματική αυτεπαγωγή του σε σειρά με μια μικρή αντίσταση DC (DCR). Το σύμβολο επαγωγής εδώ αντιπροσωπεύει την επαγωγή και η αντίσταση σε σειρά μαζί της είναι η αντίσταση DC του επαγωγέα. Κατ 'αρχήν, οι επαγωγείς παρέχουν πολύ χαμηλή αντίσταση για ρεύμα DC με χαμηλή συχνότητα και παρέχουν υψηλή αντίσταση για εισόδους υψηλής συχνότητας.

Το DCR ενός επαγωγέα οφείλεται στην αντίσταση του πηνίου που χρησιμοποιεί τον επαγωγέα. Η αντίσταση του πηνίου είναι ανάλογη με το μήκος του σύρματος που χρησιμοποιείται για το σχηματισμό του πηνίου, και το μήκος του πηνίου είναι επίσης ανάλογο με την τιμή επαγωγής του επαγωγέα. Ως εκ τούτου, οι επαγωγείς υψηλότερης τιμής επιβάλλουν υψηλή αντίσταση και οι επαγωγείς χαμηλής τιμής παρέχουν χαμηλή αντίσταση. Μια μεγάλη τιμή επαγωγής απαιτεί υψηλότερους αριθμούς περιέλιξης από τους επαγωγείς χαμηλής τιμής, αυξάνοντας έτσι το μήκος του χαλκού. Το DCR των επαγωγέων κυμαίνεται συνήθως από πολύ λιγότερο από τα 1 Ohms έως τα 3-4 Ohms.

Πρακτική σημασία του DCR

Τώρα γνωρίζουμε ότι οι επαγωγείς έχουν μια μικρή τιμή αντίστασης με αυτό, αλλά ποιο είναι το πρόβλημα με αυτό; Γιατί είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη αυτή η μικρή τιμή αντίστασης κατά το σχεδιασμό του κυκλώματός μας;

Το DCR που είναι μια αντίσταση διαλύει τη θερμότητα και μειώνει την απόδοση όπως και κάθε άλλη αντίσταση με πτώση τάσης. Η απόδοση μετριέται χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο

Q = w (L / R)

Όπου, Q ονομάζεται Q-factor. Το L είναι ο επαγωγικός αντιδραστήρας και το R είναι η αντίσταση του επαγωγέα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα. Η αναλογία επαγωγικής αντίδρασης με την αντίσταση σε δεδομένη συχνότητα ονομάζεται συντελεστής Q. Αυτός ο παράγοντας Q είναι απαραίτητος σε διάφορες εφαρμογές. Όσο υψηλότερος είναι ο παράγοντας Q, τόσο υψηλότερη θα είναι η απόδοση. Εάν υπολογιστεί θεωρητικά, ένας ιδανικός επαγωγέας έχει υψηλότερο συντελεστή Q σε σύγκριση με τον πραγματικό. Σε πραγματικούς επαγωγείς, αυτός ο παράγοντας Q είναι αξιόπιστος στο DCR.

Κατά την εφαρμογή, οι επαγωγείς με υψηλή τιμή του παράγοντα Q χρησιμοποιούνται στα κυκλώματα RF όπου ένας πυκνωτής χρησιμοποιείται παράλληλα με αυτόν για να σχηματίσει ένα συντονιστικό κύκλωμα δεξαμενής. Σε μια τέτοια περίπτωση, η υψηλή τιμή του συντελεστή Q ενός επαγωγέα βοηθά στην εξισορρόπηση της άνω και χαμηλότερης συχνότητας του συντονισμένου κυκλώματος που λειτουργεί σε μια συνεχή συχνότητα ζώνης.

Στην εφαρμογή που σχετίζεται με τα ηλεκτρονικά ισχύος, η χαμηλή τιμή του DCR είναι απαραίτητη για λιγότερη απορρόφηση ισχύος καθώς και μικρά πακέτα. Ο επαγωγέας με χαμηλό DCR θα έχει χαμηλό συντελεστή μορφής από τους επαγωγείς με την υψηλή τιμή DCR. Το κύριο αποτέλεσμα του DCR του επαγωγέα είναι η απορρόφηση ισχύος λόγω της αντίστασης του πηνίου. Η απόρριψη ισχύος μπορεί να υπολογιστεί με το νόμο ισχύος P = I ² R όπου το R είναι ισοδύναμο με αντίσταση DC επαγωγέων και I είναι το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό.

Πώς να μετρήσετε το DCR ενός επαγωγέα;

Οι περισσότεροι άνθρωποι μετρούν την αντίσταση DC (DCR) ενός επαγωγέα συνδέοντας ένα τυπικό πολύμετρο με το καλώδιο επαγωγέα για να μετρήσουν την αντίσταση του χαλκού σύρματος. Μπορεί να λειτουργεί αρκετά δίκαιο για επαγωγείς μεγάλης αξίας, επειδή το χαλκό σύρμα υπάρχει αρκετά μεγάλο για να παράγει υψηλή τιμή DCR που μπορεί να μετρηθεί με την τυπική ανάλυση πολλών μέτρων.

Όμως, για μια μικρότερη τιμή επαγωγέα, η τιμή αντίστασης DC είναι πολύ μικρή (συνήθως σε κλίμακα mili-ohms) για να μετρηθεί από τα τυπικά πολυμέτρα χαμηλού κόστους. Επίσης, τα καλώδια ανιχνευτή Multi-meter έχουν επίσης αντίσταση DC, η οποία προσθέτει έως και την τιμή DCR με αποτέλεσμα ελαττωματική ανάγνωση. Υπάρχει λοιπόν ένα γενικό πρόβλημα στη μέτρηση DCR του επαγωγέα.

Ο πραγματικός τρόπος μέτρησης της τιμής DCR ενός επαγωγέα είναι χρησιμοποιώντας μια διαδρομή ανίχνευσης Kelvin στα καλώδια και εφαρμόζοντας ρεύμα κατά μήκος του επαγωγέα. Δεδομένου ότι το DCR του επαγωγέα είναι η αντίσταση DC του χαλκού σύρματος, θα παράγει μια τάση κατά μήκος του επαγωγικού ακροδέκτη βάσει του νόμου Ohms, V = I x R. Αυτή η τάση μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας το πολύμετρο. Προφανώς, αυτή η τεχνική μέτρησης έχει περιορισμό. Πριν από τη λήψη της μέτρησης θα πρέπει να γνωρίζουμε μερικά πράγματα που αναφέρονται παρακάτω.

1. Η μέγιστη τρέχουσα βαθμολογία των πηνίων. Το ρεύμα δεν πρέπει να υπερβαίνει τη μέγιστη τρέχουσα βαθμολογία που αναφέρεται στο φύλλο δεδομένων του επαγωγέα.
2. Ένα breadboard δεν είναι κατάλληλο για μέτρηση DCR Inductors, καθώς η σύνδεση του breadboard συμβάλλει επίσης στον θόρυβο και την αντίσταση.
3. Είναι καλό να χρησιμοποιείτε σωστό PCB με μόνο σημεία δοκιμής, συνδέσμους εισόδου και εξόδου ρεύματος και το εξάρτημα συγκράτησης των εξαρτημάτων των επιμελητηρίων για να αποφύγετε τη συγκόλληση.

Η παρακάτω εικόνα δείχνει το κύκλωμα για τη μέτρηση της τιμής DCR ενός επαγωγέα. Ο επαγωγέας που εμφανίζεται εδώ είναι ένας ιδανικός επαγωγέας και η αντίσταση DC είναι η ισοδύναμη αντίσταση σειράς. Η λογική γραμμή είναι οι γραμμές αίσθησης Kelvin.

Ας υποθέσουμε ότι ο επαγωγέας που χρησιμοποιείται εδώ έχει συνεχή τρέχουσα βαθμολογία 1A. Έτσι, το ρεύμα εισαγωγής εδώ θα είναι 1Α. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή του ρεύματος εισόδου υψηλότερη θα είναι η ανάλυση της μετρούμενης τιμής DCR, αλλά αν ο επαγωγέας σας δεν μπορεί να χειριστεί ρεύματα χαμηλής τιμής υψηλής ροής μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί.

Αφού περάσει το ρεύμα, πρέπει να μετρηθεί η πτώση τάσης στα καλώδια του επαγωγέα. Ας υποθέσουμε ότι η πτώση τάσης στον επαγωγέα υπολογίζεται στα 50mV περίπου. Στη συνέχεια, το DCR αυτού του επαγωγέα μπορεί να υπολογιστεί ως

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

Πώς να μειώσετε το DCR κατά την κατασκευή του επαγωγέα

Η τιμή DCR ενός επαγωγέα δεν έχει σημαντικό πλεονέκτημα και ως εκ τούτου είναι πάντα καλύτερο να επιλέξετε έναν επαγωγέα με χαμηλή τιμή DCR. Κανονικά, όταν κατασκευάζονται ή σχεδιάζονται επαγωγείς, λαμβάνεται επίσης υπόψη η παράμετρος DCR. Το DCR ενός επαγωγέα πρέπει να είναι πολύ χαμηλό, έτσι ώστε ο επαγωγέας να μην εμποδίζει τη ροή ρεύματος DC. Οι ακόλουθες τεχνικές χρησιμοποιούνται για τη μείωση της τιμής DCR ενός επαγωγέα

1. Η αντίσταση εξαρτάται από το μήκος και το πάχος του χαλκού. Για να μειωθεί η αντίσταση DC ενός επαγωγέα, αντί για ένα μόνο καλώδιο, πολλαπλά καλώδια μπορούν να τραυματιστούν παράλληλα. Λόγω αυτής της σύνδεσης, η προκύπτουσα αντίσταση μειώνεται. Σκεφτείτε ένα μόνο χαλκό σύρμα με κάποια τιμή αντίστασης x. Εάν πολλαπλά τέτοια καλώδια συνδέονται παράλληλα, η ισοδύναμη αντίσταση θα μειωθεί καθώς οι αντιστάσεις παράλληλα θα έχουν χαμηλή ισοδύναμη αντίσταση ως έξοδο.

2. Η αύξηση της διατομής του χαλκού σύρματος μειώνει την αντίσταση DC των επαγωγέων. Επομένως, τα παχύτερα σύρματα είναι ευεργετικά για μειωμένο DCR.

3. Μια άλλη τεχνική είναι η χρήση επίπεδου χαλκού σύρματος αντί των στρογγυλών χάλκινων συρμάτων Τα επίπεδα καλώδια έχουν μεγάλη επιφάνεια σε σύγκριση με τα στρογγυλά καλώδια. Αυτό είναι επίσης ευεργετικό για τη μείωση της συνολικής αντίστασης.

Η παρακάτω εικόνα είναι ένας επαγωγέας που κατασκευάζεται με επίπεδη σύρμα. Ο κατασκευαστής είναι Wurth Electronics και ο αριθμός ανταλλακτικού είναι 7443641000. Σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων, ο επαγωγέας έχει επαγωγή 10uH και η αντίσταση DC είναι 2,4 mili-ohms στους 20 βαθμούς Κελσίου.

4. Το φύλλο δεδομένων επαγωγής παρέχει τις βαθμολογίες του επαγωγέα όπου καθορίζεται η μέγιστη τιμή DCR. Αυτή η τιμή ποικίλλει ανάλογα με τη θερμοκρασία. Συνιστάται να χρησιμοποιήσετε τον επαγωγέα σε δεδομένη κατάσταση θερμοκρασίας περιβάλλοντος για να τους λειτουργήσετε στην περιοχή ελάχιστης τιμής DCR.

Επομένως, το DCR ενός επαγωγέα είναι ένας σημαντικός παράγοντας και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό οποιουδήποτε κυκλώματος.