- Kaj je DCR v induktorjih?
- Praktični pomen DCR
- Kako izmeriti DCR induktorja?
- Kako zmanjšati DCR med konstrukcijo induktorja
Induktorji so široko uporabljene pasivne komponente v elektroniki po uporih in kondenzatorjih. Idealen induktor shranjuje energijo v magnetnem polju in oddaja nemoten izhodni tok obremenitvi. Toda v praktičnem vezju induktor vsebuje tudi nekaj nizko vrednostnih uporov, povezanih z njegovo lastnostjo induktivnosti. Med pretokom enosmernega toka ali, če smo natančni pri frekvenci 0 Hertz, induktorji zagotavljajo odpornost proti toku toka. Ta enosmerni upor se imenuje DCR, kar pomeni enosmerni upor. V tej vadnici bomo izvedeli več o DCR in kako vpliva na delovanje vezja. Naučili se bomo tudi, kako izmeriti DCR vrednost induktorja in kako zmanjšati DCR vrednost induktorja med njegovo konstrukcijo.
Podobno kot DCR za induktorje imajo tudi kondenzatorji povezani z njim neidealnim parametrom, imenovanim Enakovredna serijska upornost (ESR) in Ekvivalentna serijska induktivnost (ESL), lahko preberete članek o ESR in ESL v Kondenzatorjih, če želite izvedeti več o njih in njihovih pomen pri načrtovanju vezij.
Kaj je DCR v induktorjih?
Izraz DCR pomeni DC odpornost. Ta vrednost predstavlja količino upora, ki ga induktor lahko nudi, ko se skozi njega prenese enosmerni signal 0Hz. V praksi bodo imeli vsi induktorji majhno vrednost DCR.
Spodnja slika predstavlja praktični induktor s svojo dejansko induktivnostjo v seriji z majhnim enosmernim uporom (DCR). Simbol induktorja tukaj predstavlja induktivnost, upor v seriji z njim pa enosmerni upor induktorja. Načeloma induktorji zagotavljajo zelo nizko odpornost za enosmerni tok z nizko frekvenco in visoko odpornost za visokofrekvenčne vhode.
DCR iz Induktor je posledica upornosti tuljave s pomočjo katerega je induktor mrežo. Upor tuljave je sorazmeren z dolžino žice, ki se uporablja za oblikovanje tuljave, dolžina tuljave pa je sorazmerna tudi z vrednostjo induktivnosti induktorja. Zato induktorji z višjo vrednostjo nalagajo visoko odpornost, induktorji z nizko vrednostjo pa nizko odpornost. Velika vrednost induktivnosti zahteva večje število navitij kot induktorji z nizko vrednostjo, s čimer se poveča dolžina bakrene žice. DCR induktorjev se običajno giblje od daleč manj kot 1 Ohm do 3-4 Ohm.
Praktični pomen DCR
Zdaj vemo, da imajo induktorji majhno vrednost upora, toda v čem je težava? Zakaj je pri načrtovanju našega vezja pomembno upoštevati to majhno vrednost upora?
DCR, ki je upor, odvaja toploto in zmanjšuje učinkovitost tako kot kateri koli drug upor s padcem napetosti na njem. Učinkovitost se meri s spodnjo formulo
Q = w (D / R)
Kjer je Q imenuje Q-faktor. L je induktivni reaktor, R pa upor induktorja pri določeni frekvenci. Razmerje med induktivno reaktanco in uporom pri dani frekvenci se imenuje Q-faktor. Ta faktor Q je bistvenega pomena pri različnih aplikacijah. Višji kot je faktor Q, večja bo učinkovitost. Če je teoretično izračunano, ima idealen induktor višji faktor Q v primerjavi z realnim. V pravih induktorjih je ta faktor Q zanesljiv pri DCR.
Glede na uporabo se induktorji z visoko vrednostjo faktorja Q uporabljajo v RF vezjih, kjer se vzporedno z njim uporablja kondenzator, ki tvori resonančno vezje rezervoarja. V takem primeru visoka vrednost faktorja Q induktorja pomaga uravnotežiti zgornjo in spodnjo frekvenco resonančnega vezja, ki deluje v neprekinjeni pasovni frekvenci.
Pri uporabi močne elektronike je nizka vrednost DCR bistvenega pomena za manjše odvajanje moči in majhne odtise paketa. Induktor z nizkim DCR bo imel nižji faktor faktorja kot induktorji z visoko vrednostjo DCR. Glavni učinek DCR induktorja je odvajanje moči zaradi upora tuljave. Odvajanje moči lahko izračunamo po zakonu moči P = I 2 R, kjer je R enakovreden enosmerni upornost induktorjev in I tok, ki teče skozi to.
Kako izmeriti DCR induktorja?
Večina ljudi izmeri enosmerni upor (DCR) induktorja s priključitvijo običajnega večmetra preko kablov Induktorja za merjenje upora bakrene žice. Mogoče bi delovalo dovolj pošteno za induktorje velike vrednosti, ker je tam bakrena žica dovolj velika, da ustvari visoko vrednost DCR, ki jo lahko izmerimo s tipično večmetrsko ločljivostjo.
Toda za induktor manjše vrednosti je vrednost enosmernega upora premajhna (običajno v območju mili-ohmov), da bi jo lahko izmerili s standardnimi poceni večimetri. Tudi žice sonde večmetra imajo tudi enosmerni upor, ki se poveča na vrednost DCR, kar povzroči napačno branje. Torej obstaja generična težava pri merjenju DCR Induktorja.
Dejanski način merjenja vrednosti DCR induktorja je uporaba Kelvinove zaznavalne poti čez vodnike in dovajanje toka skozi induktor. Ker je DCR induktorja enosmerna odpornost bakrene žice, bo ustvaril napetost na priključku induktorja na podlagi Ohmovega zakona, V = I x R. To napetost lahko izmerimo z večmetrom. Očitno ima ta merilna tehnika omejitve. Pred merjenjem se morate zavedati nekaj stvari, ki so navedene spodaj.
- Največja trenutna moč induktorjev. Tok ne sme presegati največjega toka, navedenega v obrazcu induktorja.
- Tabla ni primerna za merjenje DCR induktorjev, saj povezava z maso prispeva tudi k hrupu in odpornosti.
- Dobro je uporabiti pravilno tiskano vezje s samo testnimi točkami, priključki za vhod in izhod toka in pritrdilno komponento komponentnih blazinic, da se prepreči spajkanje.
Spodnja slika prikazuje vezje za merjenje vrednosti DCR induktorja. Induktor, prikazan tukaj, je idealen induktor, enosmerni upor pa je enakovreden serijski upor. Čutna črta je Kelvinova čutna črta.
Predpostavimo, da ima tu uporabljeni induktor neprekinjeno nazivno vrednost 1A. Torej bomo vhodni tok tukaj 1A. Višja vrednost vhodnega toka višja bo ločljivost izmerjene vrednosti DCR, če pa tuljava ne more obvladati tokov z nizko vrednostjo, lahko uporabite tudi tokove.
Po prehodu toka je treba izmeriti padec napetosti na vodih induktorja. Recimo, da je padec napetosti na induktorju izračunan pri približno 50mV. Nato lahko DCR tega induktorja izračunamo kot
V = I x R R = V / I R = 0,05 / 1 R = 0,05 ohma
Kako zmanjšati DCR med konstrukcijo induktorja
Vrednost DCR induktorja nima pomembne prednosti, zato je vedno bolje izbrati induktor z nizko vrednostjo DCR. Običajno se pri izdelavi ali načrtovanju induktorjev upošteva tudi parameter DCR. DCR induktorja mora biti zelo nizek, da induktor ne blokira enosmernega toka. Za zmanjšanje vrednosti DCR induktorja se uporabljajo naslednje tehnike
1. Upor je odvisen od dolžine in debeline bakrene žice. Da bi zmanjšali enosmerni upor induktorja, lahko namesto ene žice vzporedno navijamo več žic. Zaradi te povezave postane posledični upor manjši. Razmislite o eni bakreni žici z nekaj x vrednostjo upora. Če je več takih žic povezanih vzporedno, se bo enakovredni upor zmanjšal, saj bodo vzporedni upori imeli nizko ekvivalentno upornost kot izhod.
2. Povečanje površine preseka bakrene žice zmanjša enosmerni upor induktorjev. Zato so debelejše žice koristne za znižanje DCR.
3. Druga tehnika je uporaba ravne bakrene žice namesto okrogle bakrene žice. Ravne žice imajo veliko površino v primerjavi z okroglimi žicami. To je koristno tudi za zmanjšanje splošne odpornosti.
Spodnja slika je induktor, ki je izdelan iz ravne žice. Proizvajalec je Wurth Electronics, številka dela pa je 7443641000. Kot je zapisano v obrazcu, ima induktor induktivnost 10uH, enosmerni upor pa je 2,4 mili-ohma pri 20 stopinjah Celzija.
4. Podatkovni list induktorja zagotavlja nazivne vrednosti induktorja, pri katerem je navedena največja vrednost DCR. Ta vrednost se spreminja glede na temperaturo. Priporočljivo je, da uporabite induktor v danih pogojih temperature okolice, da jih upravljate v območju najmanjše vrednosti DCR.
Torej je DCR induktorja pomemben dejavnik in ga je treba upoštevati pri načrtovanju katerega koli vezja.