- Wat is DCR in inductoren?
- Praktisch belang van DCR
- Hoe DCR van een inductor te meten?
- Hoe de DCR te verminderen tijdens het bouwen van de inductor
Inductoren zijn veel gebruikte passieve componenten in elektronica na weerstanden en condensatoren. Een ideale inductor slaat energie op in een magnetisch veld en levert een gelijkmatige uitgangsstroom aan de belasting. Maar in een praktisch circuit bevat een inductor ook een weerstand van lage waarde die verband houdt met zijn inductantie-eigenschap. Tijdens de stroom van DC-voeding of om specifiek te zijn in de frequentie van 0 Hertz, bieden inductoren weerstand tegen de stroomstroom. Deze DC-weerstand wordt DCR genoemd, wat staat voor DC-weerstand. In deze tutorial zullen we meer leren over DCR en hoe dit de prestaties van een circuit beïnvloedt. We zullen ook leren hoe we de DCR-waarde van een inductor kunnen meten en hoe we de DCR-waarde van een inductor kunnen verlagen tijdens de constructie.
Net als bij DCR voor inductoren, hebben de condensatoren ook een niet-ideale parameter die eraan is gekoppeld, genaamd Equivalent Series-weerstand (ESR) en Equivalent Series Inductance (ESL).U kunt het artikel over ESR en ESL in condensatoren lezen om er meer over te weten en hun belang in circuitontwerp.
Wat is DCR in inductoren?
De term DCR staat voor DC Resistance. Deze waarde vertegenwoordigt de hoeveelheid weerstand die een inductor kan bieden wanneer er een DC-signaal van 0Hz doorheen wordt geleid. In de praktijk zullen alle inductoren een kleine DCR-waarde hebben.
De onderstaande afbeelding stelt een praktische inductor voor met zijn werkelijke inductantie in serie met een kleine DC-weerstand (DCR). Het inductorsymbool vertegenwoordigt hier de inductantie en de weerstand in serie ermee is de DC-weerstand van de inductor. Inductoren bieden in principe een zeer lage weerstand voor gelijkstroom met lage frequentie en een hoge weerstand voor hoogfrequente ingangen.
De DCR van een inductor is te wijten aan de weerstand van de spoel waarmee de inductor is gemaakt. De weerstand van de spoel is evenredig met de lengte van de draad die wordt gebruikt om de spoel te vormen, en de lengte van de spoel is ook evenredig met de inductantiewaarde van de inductor. Daarom leggen inductoren met een hogere waarde een hoge weerstand op en bieden inductoren met een lage waarde een lage weerstand. Een grote inductiewaarde vereist hogere wikkelingsaantallen dan de laagwaardige inductoren, waardoor de koperdraadlengte toeneemt. De DCR van de inductoren varieert doorgaans van veel minder dan de 1 ohm tot 3-4 ohm.
Praktisch belang van DCR
Nu weten we dat inductoren een kleine weerstandswaarde hebben, maar wat is daar het probleem mee? Waarom is het belangrijk om bij het ontwerpen van ons circuit rekening te houden met deze kleine weerstandswaarde?
De DCR is een weerstand die warmte afvoert en de efficiëntie vermindert, net als elke andere weerstand met een spanningsval eroverheen. De efficiëntie wordt gemeten met behulp van de onderstaande formule
Q = w (L / R)
Waar, Q wordt de Q-factor genoemd. L is de inductieve reactor en R is de weerstand van de inductor bij een bepaalde frequentie. De verhouding van een inductieve reactantie met de weerstand bij een bepaalde frequentie wordt de Q-factor genoemd. Deze Q-factor is essentieel bij verschillende toepassingen. Hoe hoger de Q-factor, hoe hoger de efficiëntie. Indien theoretisch berekend, heeft een ideale inductor een hogere Q-factor in vergelijking met de echte. In echte smoorspoelen is deze Q-factor betrouwbaar in DCR.
Toepasselijk gezien worden inductoren met een hoge waarde van Q-factor gebruikt in de RF-circuits waar een condensator parallel wordt gebruikt om een resonant tankcircuit te vormen. In dat geval helpt de hoge waarde van de Q-factor van een inductor om de bovenste en onderste frequentie van de resonantiekring die in een continue bandfrequentie werkt in evenwicht te brengen.
In vermogenselektronica-gerelateerde toepassingen is de lage waarde van DCR essentieel voor minder vermogensdissipatie en voor kleine voetafdrukken van het pakket. Inductor met lage DCR hebben een lage vormfactor dan de inductors met de hoge waarde van DCR. Het belangrijkste effect van de DCR van de inductor is de vermogensdissipatie als gevolg van de spoelweerstand. De vermogensdissipatie kan worden berekend door de vermogenswet P = I 2 R waarbij de R equivalent is van de gelijkstroomweerstand van de inductoren en ik de stroom die er doorheen vloeit.
Hoe DCR van een inductor te meten?
De meeste mensen meten de DC-weerstand (DCR) van een inductor door een standaard multimeter over de inductiedraden te verbinden om de weerstand van de koperdraad te meten. Het zou redelijk genoeg kunnen werken voor inductoren met een grote waarde, omdat de koperdraad daar groot genoeg is om een hoge DCR-waarde te produceren die kan worden gemeten met de typische resolutie van meerdere meters.
Maar voor een inductor met een kleinere waarde is de DC-weerstandswaarde te klein (meestal in het bereik van mili-ohm) om te worden gemeten met de standaard goedkope multimeters. Ook de sondedraden van meerdere meters hebben ook een DC-weerstand die overeenkomt met de DCR-waarde, wat resulteert in foutieve metingen. Er is dus een algemeen probleem bij de DCR-meting van de Inductor.
De eigenlijke manier om de DCR-waarde van een inductor te meten, is door een Kelvin-detectiepad over de leads te gebruiken en stroom over de inductor toe te passen. Omdat de DCR van de inductor de gelijkstroomweerstand van de koperdraad is, zal deze een spanning produceren over de aansluiting van de inductor op basis van de Ohm-wet, V = I x R. Deze spanning kan worden gemeten met behulp van de multimeter. Deze meettechniek heeft uiteraard een beperking. Voordat u de meting uitvoert, moet u zich bewust zijn van een aantal dingen die hieronder worden vermeld.
- De maximale stroomsterkte van de inductoren. De stroom mag niet hoger zijn dan de maximale stroom die staat vermeld in het gegevensblad van de inductor.
- Een breadboard is niet geschikt voor Inductors DCR-meting aangezien de breadboard-aansluiting ook bijdraagt aan geluid en weerstand.
- Het is goed om de juiste printplaat te gebruiken met alleen testpunten, stroom in en uit connectoren en de componentsteunen om solderen te voorkomen.
De onderstaande afbeelding toont het circuit om de DCR-waarde van een inductor te meten. De hier getoonde inductor is een ideale inductor en de DC-weerstand is de equivalente serieweerstand. De sense-lijn is de Kelvin-sense-lijnen.
Laten we aannemen dat de hier gebruikte inductor een continue stroomsterkte van 1A heeft. Dus we zullen de ingangsstroom hier 1A zijn. Hoe hoger de waarde van de ingangsstroom, hoe hoger de resolutie van de gemeten DCR-waarde, maar als uw inductor geen hoge stroom kan verwerken, kunnen ook lage stromen worden gebruikt.
Na het passeren van de stroom moet de spanningsval over de draden van de inductor worden gemeten. Stel dat de spanningsval over de inductor wordt berekend op ongeveer 50mV. Vervolgens kan de DCR van die inductor worden berekend als
V = Ik x R R = V / I R = 0,05 / 1 R = 0,05 ohm
Hoe de DCR te verminderen tijdens het bouwen van de inductor
De DCR-waarde van een inductor heeft geen significant voordeel en daarom is het altijd beter om een inductor te selecteren met een lage DCR-waarde. Normaal gesproken wordt bij de constructie of het ontwerp van inductoren ook rekening gehouden met de DCR-parameter. DCR van een inductor moet erg laag zijn, zodat de inductor de gelijkstroom niet blokkeert. De volgende technieken worden gebruikt om de DCR-waarde van een inductor te verlagen
1. De weerstand is afhankelijk van de lengte en dikte van de koperdraad. Om de DC-weerstand van een inductor te verlagen, kunnen in plaats van een enkele draad meerdere draden parallel worden gewikkeld. Door deze verbinding wordt de resulterende weerstand minder. Overweeg een enkele koperdraad met een x weerstandswaarde. Als meerdere van dergelijke draden parallel zijn aangesloten, zal de equivalente weerstand worden verminderd, aangezien parallel geschakelde weerstanden een lage equivalente weerstand als uitvoer hebben.
2. Door de dwarsdoorsnede van de koperdraad te vergroten, wordt de gelijkstroomweerstand van de inductoren kleiner. Daarom zijn dikkere draden gunstig voor verminderde DCR.
3. Een andere techniek is het gebruik van platte koperdraad in plaats van de ronde koperdraden. Platte draden hebben een groot oppervlak vergeleken met de ronde draden. Dit is ook gunstig om de algehele weerstand te verminderen.
De onderstaande afbeelding is een inductor die is geconstrueerd met platte draad. De fabrikant is Wurth Electronics en het onderdeelnummer is 7443641000. Volgens de datasheet heeft de inductor een inductantie van 10uH en de DC-weerstand is 2,4 mili-ohm bij 20 graden Celsius.
4. Het gegevensblad van de inductor bevat de beoordelingen van de inductor waarbij de maximale DCR-waarde is gespecificeerd. Deze waarde is afhankelijk van de temperatuur. Het wordt aanbevolen om de inductor te gebruiken bij de gegeven omgevingstemperatuur om ze te laten werken in het minimum DCR-waardegebied.
Dus DCR van een inductor is een belangrijke factor en moet worden overwogen bij het ontwerpen van een circuit.