- Hvad er DCR i induktorer?
- Praktisk betydning af DCR
- Hvordan måles DCR for en induktor?
- Sådan reduceres DCR, mens du konstruerer induktoren
Induktorer er meget anvendte passive komponenter i elektronik efter modstande og kondensatorer. En ideel spole lagrer energi i et magnetfelt og leverer en jævn udgangsstrøm til belastningen. Men i et praktisk kredsløb indeholder en induktor også en vis modstand med lav værdi forbundet med dens induktansegenskab. Under strømmen af jævnstrømsforsyning eller for at være specifik i 0 Hertz frekvens giver induktorer modstand mod strømmen. Denne DC-modstand kaldes DCR, som står for DC-modstand. I denne vejledning lærer vi mere om DCR, og hvordan det påvirker ydelsen af et kredsløb. Vi lærer også, hvordan man måler DCR-værdien for en induktor, og hvordan man reducerer DCR-værdien for en induktor under dens konstruktion.
I lighed med DCR til induktorer har kondensatorerne også nogle ikke-ideelle parametre forbundet med den kaldet Equivalent Series resistance (ESR) og Equivalent series Inductance (ESL), du kan læse artiklen om ESR og ESL i kondensatorer for at vide mere om det og deres betydning i kredsløbsdesign.
Hvad er DCR i induktorer?
Udtrykket DCR står for DC-modstand. Denne værdi repræsenterer den modstand, en induktor kan tilbyde, når et DC-signal på 0Hz føres igennem det. I praksis vil alle induktorer have en lille værdi af DCR forbundet med det.
Billedet nedenfor repræsenterer en praktisk induktor med dens faktiske induktans i serie med en lille DC-modstand (DCR). Induktorsymbolet her repræsenterer induktansen, og modstanden i serie med den er induktorens DC-modstand. I princippet giver induktorer en meget lav modstand for jævnstrøm med lav frekvens og giver høj modstand for højfrekvente indgange.
En induktors DCR skyldes spolenes modstand, hvorved induktoren er fremstillet. Spolens modstand er proportional med længden af den ledning, der bruges til at danne spolen, og spolens længde er også proportional med induktansens induktansværdi. Derfor induktorer med højere værdi påfører høj modstand, og induktorer med lav værdi giver lav modstand. En stor induktansværdi kræver højere viklingstal end induktorerne med lav værdi, hvilket øger kobbertrådlængden. Induktorernes DCR varierer typisk fra langt mindre end 1 ohm til 3-4 ohm.
Praktisk betydning af DCR
Nu ved vi, at induktorer har en lille modstandsværdi med det, men hvad er problemet med det? Hvorfor er det vigtigt at overveje denne lille værdi af modstand, når vi designer vores kredsløb?
DCR, der er en modstand, spreder varmen og reducerer effektiviteten ligesom enhver anden modstand med et spændingsfald over den. Effektiviteten måles ved hjælp af nedenstående formel
Q = w (L / R)
Hvor kaldes Q for Q-faktoren. L er den induktive reaktor, og R er induktorens modstand ved en bestemt frekvens. Forholdet mellem en induktiv reaktans og modstanden ved en given frekvens kaldes Q-faktoren. Denne Q-faktor er vigtig i forskellige applikationer. Jo højere Q-faktoren er, højere vil effektiviteten være. Hvis den teoretisk beregnes, har en ideel induktor en højere Q-faktor sammenlignet med den reelle. I reelle induktorer er denne Q-faktor pålidelig i DCR.
Anvendelsesmæssigt bruges induktorer med en høj værdi af Q-faktor i RF-kredsløbene, hvor en kondensator bruges parallelt med den til at danne et resonant-tankkredsløb. I et sådant tilfælde hjælper den høje værdi af Q-faktoren for en induktor til at afbalancere den øvre og nedre frekvens af resonanskredsløbet, der fungerer i en kontinuerlig båndfrekvens.
I kraftelektronikrelateret anvendelse er den lave værdi af DCR afgørende for mindre strømforsyning såvel som små pakkefodspor. Spole med lav DCR har lav formfaktor end spoler med den høje værdi af DCR. Den største effekt af induktorens DCR er strømforsyningen på grund af spolemodstanden. Effektafledningen kan beregnes ved hjælp af effektloven P = I 2 R, hvor R svarer til induktorer DC-modstand, og I er strømmen, der strømmer gennem den.
Hvordan måles DCR for en induktor?
De fleste mennesker måler DC-modstanden (DCR) af en induktor ved at forbinde en standard multimeter over induktoren fører til at måle kobbertrådens modstand. Det fungerer muligvis fair nok til induktorer med stor værdi, fordi kobbertråden der er stor nok til at producere en høj DCR-værdi, der kan måles ved den typiske multi-meter-opløsning.
Men for en induktor med mindre værdi er DC-modstandsværdien for lille (typisk i miliohm-interval) til at kunne måles med de almindelige multimetre til lav pris. Også multimeters probeledninger har også DC-modstand, som tilføjer op til DCR-værdi, hvilket resulterer i fejlbehæftet læsning. Så der er et generisk problem i Inductors DCR-måling.
Den egentlige måde at måle en induktors DCR-værdi på er ved at bruge en Kelvin-registreringsvej over ledningerne og anvende strøm på tværs af induktoren. Da induktorens DCR er kobbertrådens DC-modstand, vil den producere en spænding over induktorens terminal baseret på ohmsloven, V = I x R. Denne spænding kan måles ved hjælp af multimeteret. Det er klart, at denne måleteknik har en begrænsning. Før du tager målingen, skal du være opmærksom på et par ting, der er anført nedenfor.
- Induktorernes maksimale strømværdi. Strømmen bør ikke overstige den maksimale strømværdi, der er angivet i induktorens datablad.
- Et breadboard er ikke egnet til induktorer DCR-måling, da breadboard-forbindelsen også bidrager til støj og modstand.
- Det er godt at bruge korrekt printkort med kun testpunkter, strøm ind og ud stik og komponentpadsens komponent, der holder fast for at undgå lodning.
Nedenstående billede viser kredsløbet til måling af en induktors DCR-værdi. Induktoren vist her er en ideel induktor, og DC-modstanden er den tilsvarende seriemodstand. Sanselinjen er Kelvin-sanselinjerne.
Lad os antage, at den induktor, der bruges her, har en kontinuerlig strømværdi på 1A. Så vi indgangsstrømmen her vil være 1A. Højere værdien af indgangsstrømmen højere er opløsningen af den målte DCR-værdi, men hvis din induktor ikke kan håndtere høje strømstyrker, kan der også bruges strømme.
Efter at have passeret strømmen skal spændingsfaldet over induktorens ledninger måles. Antag, at spændingsfaldet over induktoren beregnes til ca. 50 mV. Derefter kan induktorens DCR beregnes som
V = I x R R = V / I R = 0,05 / 1 R = 0,05 ohm
Sådan reduceres DCR, mens du konstruerer induktoren
En induktors DCR-værdi har ingen væsentlig fordel, og det er derfor altid bedre at vælge en induktor med lav DCR-værdi. Normalt når induktorer konstrueres eller designes, overvejes også DCR-parameteren. En induktors DCR skal være meget lav, så induktoren ikke blokerer DC-strømstrømmen. Følgende teknikker bruges til at reducere DCR-værdien for en induktor
1. Modstanden afhænger af kobbertrådens længde og tykkelse. For at sænke en induktors DC-modstand i stedet for en enkelt ledning kan flere ledninger såres parallelt. På grund af denne forbindelse bliver den resulterende modstand mindre. Overvej en enkelt kobbertråd med en vis modstandsværdi. Hvis flere sådanne ledninger er forbundet parallelt, reduceres den ækvivalente modstand, da modstande parallelt har en lav ækvivalent modstand som output.
2. Forøgelse af kobbertrådens tværsnitsareal mindsker induktorernes DC-modstand. Derfor er tykkere ledninger gavnlige for reduceret DCR.
3. En anden teknik er at bruge flad kobbertråd i stedet for de runde kobbertråde. Flade ledninger har et stort areal sammenlignet med de runde ledninger. Dette er også gavnligt for at reducere den samlede modstand.
Billedet nedenfor er en induktor, der er konstrueret ved hjælp af flad ledning. Producenten er Wurth Electronics, og varenummeret er 7443641000. I henhold til databladet har induktoren en induktans på 10uH, og DC-modstanden er 2,4 miliohm ved 20 grader Celsius.
4. Inductor-datablad indeholder klassificeringerne af induktoren, hvor den maksimale DCR-værdi er specificeret. Denne værdi varierer afhængigt af temperaturen. Det tilrådes at bruge induktoren i en given omgivende temperaturtilstand til at betjene dem i det mindste DCR-værdiområde.
Så DCR for en induktor er en vigtig faktor og bør overvejes, når du designer et kredsløb.