Què és el CDR als inductors i com afecta el disseny del vostre circuit

Els inductors són components passius àmpliament utilitzats en electrònica després de resistències i condensadors. Un inductor ideal emmagatzema energia en un camp magnètic i proporciona un corrent de sortida suau a la càrrega. Però en un circuit pràctic, un inductor també conté una resistència de baix valor associada a la seva propietat d’inductància. Durant el flux de subministrament de CC o per ser específics en freqüència de 0 Hz, els inductors proporcionen resistència al flux de corrent. Aquesta resistència de CC es coneix com DCR, que significa resistència de CC. En aquest tutorial aprendrem més sobre DCR i com afecta el rendiment d'un circuit. També aprendrem a mesurar el valor DCR d’un inductor i a reduir el valor DCR d’un inductor durant la seva construcció.

De manera similar al DCR per als inductors, els condensadors també tenen associats un paràmetre no ideal anomenat Resistència a sèries equivalents (ESR) i Inductància de sèries equivalents (ESL). Podeu llegir l'article sobre ESR i ESL a Condensadors per saber-ne més i la seva importància en el disseny de circuits.

Què és el DCR als inductors?

El terme DCR significa CC Resistance. Aquest valor representa la quantitat de resistència que pot oferir un inductor quan hi passa un senyal de CC de 0Hz. A la pràctica, tots els inductors tindran associat un petit valor de DCR.

La imatge següent representa un inductor pràctic amb la seva inductància real en sèrie amb una resistència de CC petita (DCR). El símbol de l’inductor aquí representa la inductància i la resistència en sèrie amb ella és la resistència de CC de l’inductor. En principi, els inductors proporcionen una resistència molt baixa per al corrent continu amb baixa freqüència i proporciona una alta resistència per a les entrades d'alta freqüència.

El DCR d’un inductor es deu a la resistència de la bobina amb què es fabrica l’inductor. La resistència de la bobina és proporcional a la longitud del fil utilitzat per formar la bobina, i la longitud de la bobina també és proporcional al valor d’inductància de l’inductor. Per tant, els inductors de major valor imposen una alta resistència i els inductors de baix valor proporcionen una resistència baixa. Un gran valor d’inductància requereix un nombre de bobinatge més alt que els inductors de baix valor, augmentant així la longitud del fil de coure. El DCR dels inductors normalment oscil·la entre molt menys dels 1 ohms a 3-4 ohms.

Importància pràctica del DCR

Ara sabem que els inductors tenen un petit valor de resistència, però quin és el problema? Per què és important considerar aquest petit valor de resistència durant el disseny del nostre circuit?

El DCR, que és una resistència, dissipa la calor i redueix l’eficiència com qualsevol altra resistència amb una caiguda de tensió. L’eficiència es mesura mitjançant la fórmula següent

Q = w (L / R)

On, Q es diu el factor Q. L és el reactor inductiu i R és la resistència de l’inductor a una freqüència determinada. La proporció d’una reactància inductiva amb la resistència a una freqüència determinada s’anomena factor Q. Aquest factor Q és essencial en diverses aplicacions. Com més gran sigui el factor Q, major serà l'eficiència. Si es calcula teòricament, un inductor ideal té un factor Q superior en comparació amb el real. En els inductors reals, aquest factor Q és fiable en DCR.

Per aplicació, s’utilitzen inductors amb un alt valor de factor Q als circuits de RF on s’utilitza un condensador en paral·lel per formar un circuit de tanc de ressonància. En aquest cas, l’alt valor del factor Q d’un inductor ajuda a equilibrar la freqüència superior i inferior del circuit ressonant que funciona en una freqüència de banda contínua.

En aplicacions relacionades amb l'electrònica de potència, el valor baix de DCR és essencial per a una menor dissipació d'energia i petjades de paquets petits. Els inductors amb DCR baix tindran un factor de forma baix que els inductors amb un alt valor de DCR. L’efecte principal del DCR de l’inductor és la dissipació de potència a causa de la resistència de la bobina. La dissipació de potència es pot calcular mitjançant la llei de potència P = I ² R on R és equivalent a la resistència de CC dels inductors i I és el corrent que hi circula.

Com es mesura la DCR d’un inductor?

La majoria de la gent mesura la resistència de corrent continu (DCR) d’un inductor connectant un multímetre estàndard a través dels conductors de l’inductor per mesurar la resistència del fil de coure. Podria funcionar prou just per als inductors de gran valor, perquè el fil de coure allà és prou gran per produir un valor DCR elevat que es pot mesurar mitjançant la resolució típica de diversos metres.

Però, per a un inductor de valor més petit, el valor de resistència de CC és massa petit (normalment en un rang de mili-ohms) per ser mesurat pels multímetres estàndard de baix cost. També els cables de sonda del multímetre també tenen resistència de CC que se suma al valor de DCR que resulta en una lectura defectuosa. Per tant, hi ha un problema genèric en la mesura de DCR d’Inductor.

La forma real de mesurar el valor DCR d’un inductor és mitjançant l’ús d’un recorregut de detecció de Kelvin a través dels cables i l’aplicació de corrent a través de l’inductor. Com que el DCR de l’inductor és la resistència de CC del fil de coure, produirà una tensió a través del terminal de l’inductor segons la llei d’Ohms, V = I x R. Aquesta tensió es pot mesurar mitjançant el multímetre. Viouslybviament, aquesta tècnica de mesura té una limitació. Abans de fer la mesura, haureu de ser conscients d'algunes coses que es detallen a continuació.

1. La potència màxima actual dels inductors. El corrent no hauria de superar la qualificació màxima de corrent indicada al full de dades de l’inductor.
2. Una taula de pa no és adequada per a la mesura d’inductors DCR, ja que la connexió de la placa de taula també contribueix al soroll i la resistència.
3. És bo utilitzar un PCB adequat només amb punts de prova, connectors d’entrada i sortida de corrent i el dispositiu de subjecció dels components de les pastilles de components per evitar la soldadura.

La imatge següent mostra el circuit per mesurar el valor DCR d’un inductor. L'inductor que es mostra aquí és un inductor ideal i la resistència de CC és la resistència de sèrie equivalent. La línia de sentit és la línia de sentit de Kelvin.

Suposem que l’inductor utilitzat aquí té una potència de corrent contínua de 1A. Així doncs, el corrent d’entrada aquí serà 1A. Com més alt sigui el valor del corrent d’entrada més gran serà la resolució del valor DCR mesurat, però si el vostre inductor no pot gestionar corrents de baix valor de corrent alt també es poden utilitzar.

Després de passar el corrent, s’ha de mesurar la caiguda de tensió a través dels cables de l’inductor. Suposem que la caiguda de tensió a través de l’inductor es calcula a 50 mV aproximadament. Llavors, el DCR d'aquest inductor es pot calcular com

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

Com reduir el DCR mentre es construeix l’inductor

El valor DCR d’un inductor no té cap avantatge significatiu i, per tant, sempre és millor seleccionar un inductor amb un valor DCR baix. Normalment, quan es construeixen o es dissenyen inductors, també es té en compte el paràmetre DCR. El DCR d’un inductor ha de ser molt baix perquè l’inductor no bloquegi el flux de corrent continu. Les tècniques següents s’utilitzen per reduir el valor DCR d’un inductor

1. La resistència depèn de la longitud i el gruix del fil de coure. Per reduir la resistència de CC d'un inductor, en lloc d'un cable únic, es poden ferir diversos cables en paral·lel. A causa d’aquesta connexió, la resistència resultant es redueix. Penseu en un sol fil de coure amb algun valor x de resistència. Si diversos cables es connecten en paral·lel, la resistència equivalent es reduirà ja que les resistències en paral·lel tindran una resistència equivalent baixa com a sortida.

2. L’augment de l’àrea de la secció transversal del fil de coure disminueix la resistència de CC dels inductors. Per tant, els cables més gruixuts són beneficiosos per reduir la DCR.

3. Una altra tècnica consisteix a utilitzar filferro de coure pla en lloc dels cables rodons de coure. Els cables plans tenen una àmplia superfície en comparació amb els cables rodons. Això també és beneficiós per reduir la resistència general.

La imatge següent és un inductor que es construeix mitjançant filferro pla. El fabricant és Wurth Electronics i el número de peça és 7443641000. Segons la fitxa tècnica, l’inductor té una inductància de 10 uH i la resistència de CC és de 2,4 mili-ohms a 20 graus centígrads.

4. El full de dades de l’inductor proporciona les qualificacions de l’inductor on s’especifica el valor màxim de DCR. Aquest valor varia en funció de la temperatura. Es recomana utilitzar l’inductor en determinades condicions ambientals de temperatura per operar-los a la regió mínima del valor DCR.

Per tant, la DCR d’un inductor és un factor important i s’ha de tenir en compte en dissenyar qualsevol circuit.