Co to jest dcr w cewkach i jak wpływa na projekt obwodu

Cewki indukcyjne są szeroko stosowanymi elementami pasywnymi w elektronice po rezystorach i kondensatorach. Idealny induktor magazynuje energię w polu magnetycznym i dostarcza płynny prąd wyjściowy do obciążenia. Ale w praktycznym obwodzie cewka indukcyjna zawiera również pewną rezystancję o niskiej wartości związaną z jej właściwością indukcyjności. Podczas przepływu zasilania prądem stałym lub, konkretnie przy częstotliwości 0 Hz, cewki indukcyjne zapewniają opór przepływowi prądu. Ta rezystancja DC jest określana jako DCR, co oznacza rezystancję DC. W tym samouczku dowiemy się więcej o DCR i jego wpływie na działanie obwodu. Dowiemy się również, jak mierzyć wartość DCR wzbudnika oraz jak zmniejszać wartość DCR wzbudnika podczas jego budowy.

Podobnie jak w przypadku DCR dla cewek indukcyjnych, kondensatory mają również powiązany z nim nieidealny parametr zwany rezystancją serii równoważnej (ESR) i indukcyjnością serii równoważnej (ESL), możesz przeczytać artykuł na temat ESR i ESL w kondensatorach, aby dowiedzieć się więcej o tym i ich znaczenie w projektowaniu obwodów.

Co to jest DCR w cewkach indukcyjnych?

Termin DCR oznacza rezystancję DC. Wartość ta reprezentuje opór, jaki może zaoferować cewka indukcyjna, gdy przepuszczany jest przez nią sygnał prądu stałego o częstotliwości 0 Hz. W praktyce wszystkie induktory będą miały małą wartość związaną z tym DCR.

Poniższy obraz przedstawia praktyczną cewkę indukcyjną z rzeczywistą indukcyjnością połączoną szeregowo z małą rezystancją DC (DCR). Symbol cewki indukcyjnej tutaj reprezentuje indukcyjność, a rezystor połączony szeregowo to rezystancja DC cewki indukcyjnej. Zasadniczo cewki indukcyjne zapewniają bardzo niską rezystancję dla prądu stałego o niskiej częstotliwości i wysoką rezystancję dla wejść o wysokiej częstotliwości.

DCR induktora jest ze względu na opór cewki, za pomocą którego jest induktor. Rezystancja cewki jest proporcjonalna do długości drutu użytego do utworzenia cewki, a długość cewki jest również proporcjonalna do wartości indukcyjności cewki. W związku z tym cewki indukcyjne o wyższej wartości narzucają wysoką rezystancję, a cewki o niskiej wartości zapewniają niską rezystancję. Duża wartość indukcyjności wymaga większej liczby uzwojeń niż cewki o niskiej wartości, co zwiększa długość drutu miedzianego. DCR cewek zwykle waha się od znacznie mniej niż 1 Ohm do 3-4 Ohm.

Praktyczne znaczenie DCR

Teraz wiemy, że cewki indukcyjne mają z tym małą wartość rezystancji, ale w czym jest problem? Dlaczego tak ważne jest uwzględnienie tej małej wartości rezystancji przy projektowaniu naszego obwodu?

DCR będący rezystorem rozprasza ciepło i zmniejsza wydajność, tak jak każdy inny rezystor ze spadkiem napięcia na nim. Wydajność mierzy się za pomocą poniższego wzoru

Q = w (L / R)

Gdzie Q jest nazywana Q-factor. L to dławik indukcyjny, a R to rezystancja cewki indukcyjnej przy określonej częstotliwości. Stosunek reaktancji indukcyjnej do rezystancji przy danej częstotliwości nazywany jest współczynnikiem Q. Ten współczynnik Q jest istotny w różnych zastosowaniach. Im wyższy współczynnik Q, tym wyższa będzie sprawność. Jeśli obliczono teoretycznie, idealny induktor ma wyższy współczynnik Q w porównaniu z rzeczywistym. W rzeczywistych cewkach indukcyjnych ten współczynnik Q jest niezawodny w DCR.

Pod względem aplikacji cewki indukcyjne o wysokiej wartości współczynnika Q są stosowane w obwodach RF, w których kondensator jest używany równolegle z nim, tworząc rezonansowy obwód zbiornika. W takim przypadku wysoka wartość współczynnika Q cewki pomaga zrównoważyć górną i dolną częstotliwość obwodu rezonansowego pracującego w ciągłym paśmie częstotliwości.

W zastosowaniach związanych z energoelektroniką, niska wartość DCR ma zasadnicze znaczenie dla mniejszego rozpraszania mocy, a także dla małych rozmiarów obudowy. Cewka o niskim DCR będzie miała niski współczynnik kształtu niż cewki o wysokiej wartości DCR. Głównym skutkiem DCR cewki indukcyjnej jest rozpraszanie mocy z powodu rezystancji cewki. Straty mocy można obliczyć na podstawie prawa mocy P = I ² R, gdzie R jest odpowiednikiem rezystancji cewek indukcyjnych DC, a I jest przepływającym przez niego prądem.

Jak zmierzyć DCR cewki indukcyjnej?

Większość ludzi mierzy rezystancję DC (DCR) cewki indukcyjnej poprzez podłączenie standardowego multimetru w poprzek cewki indukcyjnej w celu pomiaru rezystancji drutu miedzianego. Może działać wystarczająco dobrze w przypadku cewek indukcyjnych o dużej wartości, ponieważ drut miedziany jest wystarczająco duży, aby wytworzyć wysoką wartość DCR, którą można zmierzyć przy typowej rozdzielczości wielometrowej.

Jednak w przypadku cewki indukcyjnej o mniejszej wartości wartość rezystancji prądu stałego jest zbyt mała (zwykle w zakresie mili-omów), aby można ją było zmierzyć za pomocą standardowych, tanich multimetrów. Również przewody sondy multimetru mają również rezystancję DC, która sumuje się do wartości DCR, co skutkuje błędnym odczytem. Tak więc istnieje ogólny problem z pomiarem DCR cewki indukcyjnej.

Rzeczywistym sposobem pomiaru wartości DCR cewki indukcyjnej jest użycie ścieżki wykrywania Kelvina przez przewody i doprowadzenie prądu do cewki indukcyjnej. Ponieważ DCR cewki indukcyjnej jest rezystancją DC drutu miedzianego, wytworzy napięcie na końcówce cewki indukcyjnej w oparciu o prawo Ohma, V = I x R. Napięcie to można zmierzyć za pomocą multimetru. Oczywiście ta technika pomiaru ma pewne ograniczenia. Przed wykonaniem pomiaru należy zwrócić uwagę na kilka rzeczy, które wymieniono poniżej.

1. Maksymalny prąd znamionowy cewek. Prąd nie powinien przekraczać maksymalnego prądu znamionowego podanego w arkuszu danych cewki indukcyjnej.
2. Płytka prototypowa nie nadaje się do pomiaru DCR cewek, ponieważ połączenie płytki stykowej również przyczynia się do hałasu i rezystancji.
3. Aby uniknąć lutowania, dobrze jest używać odpowiedniej płytki drukowanej z tylko punktami testowymi, złączami wejściowymi i wyjściowymi prądu oraz uchwytem do elementów składowych padów.

Poniższy obraz przedstawia obwód do pomiaru wartości DCR cewki indukcyjnej. Pokazana tutaj cewka indukcyjna jest idealną cewką indukcyjną, a rezystancja prądu stałego jest równoważną rezystancją szeregową. Linia zmysłu to linie zmysłu Kelvina.

Załóżmy, że zastosowana tutaj cewka indukcyjna ma ciągły prąd znamionowy 1A. Więc tutaj prąd wejściowy wyniesie 1A. Wyższa wartość prądu wejściowego, wyższa będzie rozdzielczość zmierzonej wartości DCR, ale jeśli cewka indukcyjna nie radzi sobie z dużymi prądami, można również zastosować prądy o niskiej wartości.

Po przejściu prądu należy zmierzyć spadek napięcia na przewodach cewki indukcyjnej. Załóżmy, że spadek napięcia na cewce jest obliczany przy około 50mV. Następnie DCR tego induktora można obliczyć jako

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

Jak zmniejszyć DCR podczas budowy cewki indukcyjnej

Wartość DCR cewki indukcyjnej nie ma znaczącej przewagi i dlatego zawsze lepiej jest wybrać cewkę o niskiej wartości DCR. Zwykle, gdy cewki indukcyjne są konstruowane lub projektowane, bierze się również pod uwagę parametr DCR. DCR cewki indukcyjnej musi być bardzo niskie, aby cewka nie blokowała przepływu prądu stałego. Poniższe techniki są stosowane w celu zmniejszenia wartości DCR cewki indukcyjnej

1. Opór zależy od długości i grubości drutu miedzianego. Aby obniżyć rezystancję prądu stałego cewki indukcyjnej, zamiast pojedynczego przewodu, można nawinąć wiele drutów równolegle. Z powodu tego połączenia wynikowy opór staje się mniejszy. Rozważmy pojedynczy drut miedziany o pewnej wartości x oporu. Jeśli wiele takich przewodów jest połączonych równolegle, równoważna rezystancja zostanie zmniejszona, ponieważ rezystory równoległe będą miały niski równoważny opór jako wyjście.

2. Zwiększenie pola przekroju poprzecznego drutu miedzianego zmniejsza rezystancję DC cewek. Dlatego grubsze przewody są korzystne dla zmniejszenia DCR.

3. Inną techniką jest użycie płaskiego drutu miedzianego zamiast okrągłych drutów miedzianych. Płaskie druty mają dużą powierzchnię w porównaniu z okrągłymi drutami. Jest to również korzystne dla zmniejszenia ogólnego oporu.

Poniższy obraz przedstawia cewkę indukcyjną zbudowaną z płaskiego drutu. Producentem jest firma Wurth Electronics, a numer części to 7443641000. Zgodnie z danymi technicznymi cewka indukcyjna ma indukcyjność 10uH, a rezystancja prądu stałego wynosi 2,4 mili-oma przy 20 stopniach Celsjusza.

4. Arkusz danych cewki indukcyjnej zawiera wartości znamionowe cewki indukcyjnej, dla której określono maksymalną wartość DCR. Ta wartość zmienia się w zależności od temperatury. Zaleca się stosowanie cewki indukcyjnej w podanych warunkach temperatury otoczenia, aby działać w zakresie minimalnej wartości DCR.

Dlatego DCR cewki indukcyjnej jest ważnym czynnikiem i należy go wziąć pod uwagę podczas projektowania dowolnego obwodu.