Što je DCR u prigušnicama i kako to utječe na dizajn vašeg kruga

Prigušnice su široko korištene pasivne komponente u elektronici nakon otpornika i kondenzatora. Idealan induktor pohranjuje energiju u magnetsko polje i isporučuje glatku izlaznu struju na opterećenje. Ali u praktičnom krugu, induktor također sadrži otpor male vrijednosti povezan s njegovim svojstvom induktivnosti. Tijekom protoka istosmjerne struje ili da budemo precizni u frekvenciji od 0 Herca, induktori pružaju otpor protoku struje. Ovaj istosmjerni otpor naziva se DCR što znači istosmjerni otpor. U ovom uputstvu naučit ćemo više o DCR-u i kako on utječe na performanse sklopa. Također ćemo naučiti kako izmjeriti DCR vrijednost prigušnice i kako smanjiti DCR vrijednost prigušnice tijekom njegove izrade.

Slično DCR-u za prigušnice, i kondenzatori imaju s njim povezan neki neidealni parametar koji se naziva Otpor ekvivalentne serije (ESR) i Induktivnost ekvivalentne serije (ESL). Možete pročitati članak o ESR-u i ESL-u u Kondenzatorima da biste saznali više o njima i njihovim važnost u dizajnu sklopa.

Što je DCR u induktorima?

Izraz DCR označava otpor istosmjerne struje. Ova vrijednost predstavlja količinu otpora koji induktor može pružiti kada se kroz njega provodi istosmjerni signal od 0Hz. U praksi će svi induktori imati malu vrijednost DCR-a povezanu s tim.

Sljedeća slika predstavlja praktični induktor sa svojom stvarnom induktivnošću u nizu s malim istosmjernim otporom (DCR). Ovdje simbol induktora predstavlja induktivitet, a otpornik je u seriji s njim istosmjerni otpor induktora. U principu prigušnice pružaju vrlo nizak otpor za istosmjernu struju s niskom frekvencijom i pružaju veliki otpor za visokofrekventne ulaze.

DKP prigušnice je zbog otpora zavojnice pomoću kojih je induktor je napravio. Otpor zavojnice proporcionalan je duljini žice koja se koristi za oblikovanje zavojnice, a duljina zavojnice također je proporcionalna vrijednosti induktivnosti induktora. Stoga induktori veće vrijednosti nameću visoki otpor, a induktori niske vrijednosti pružaju mali otpor. Velika vrijednost induktivnosti zahtijeva veće brojeve namota od induktora male vrijednosti, čime se povećava duljina bakrene žice. DCR induktora obično se kreće od daleko manje od 1 Ohma do 3-4 Ohma.

Praktična važnost DCR-a

Sada znamo da induktori imaju malu vrijednost otpora, ali što je problem u tome? Zašto je važno uzeti u obzir ovu malu vrijednost otpora prilikom dizajniranja našeg kruga?

DCR je otpornik koji odvodi toplinu i smanjuje učinkovitost kao i svaki drugi otpornik s padom napona na sebi. Učinkovitost se mjeri pomoću donje formule

Q = w (D / R)

Gdje se Q naziva Q-faktor. L je induktivni reaktor, a R otpor induktora na određenoj frekvenciji. Odnos induktivne reaktancije i otpora na određenoj frekvenciji naziva se Q-faktor. Ovaj Q faktor važan je u različitim primjenama. Što je Q faktor veći, učinkovitost će biti veća. Ako se teoretski izračuna, idealni prigušnik ima veći Q faktor u usporedbi sa stvarnim. U stvarnim induktorima ovaj je Q faktor pouzdan u DCR-u.

Što se tiče primjene, induktori s visokom vrijednošću Q faktora koriste se u RF krugovima gdje se paralelno s njim koristi kondenzator za stvaranje rezonantnog kruga spremnika. U takvom slučaju, visoka vrijednost Q faktora prigušnice pomaže uravnotežiti gornju i donju frekvenciju rezonantnog kruga koji rade u frekvenciji kontinuiranog pojasa.

U aplikacijama vezanim uz energetsku elektroniku, mala vrijednost DCR-a bitna je za manje rasipanje energije kao i za male otiske paketa. Induktor s malim DCR imat će niži faktor oblika od induktora s visokom vrijednošću DCR. Glavni učinak DCR induktora je rasipanje snage zbog otpora zavojnice. Rasipanje snage može se izračunati prema zakonu snage P = I ² R, gdje je R ekvivalent istosmjernom otporu induktora, a I je struja koja kroz njega prolazi.

Kako izmjeriti DCR induktora?

Većina ljudi mjeri istosmjerni otpor (DCR) induktora povezivanjem standardnog multimetra preko vodiča induktora za mjerenje otpora bakrene žice. To bi moglo raditi dovoljno pošteno za prigušnice velike vrijednosti, jer je tamo bakrena žica dovoljno velika da proizvede visoku DCR vrijednost koja se može izmjeriti tipičnom višemetarskom razlučivosti.

Ali, za induktor manje vrijednosti, vrijednost istosmjernog otpora premala je (obično u opsegu mili-oma) da bi se mogla izmjeriti standardnim jeftinim multimetrima. Također žice sonde od višemetara imaju istosmjerni otpor što dovodi do vrijednosti DCR što rezultira pogrešnim očitavanjem. Dakle, postoji generički problem u mjerenju DCR induktora.

Stvarni način mjerenja DCR vrijednosti induktora je pomoću Kelvinove senzorske staze preko elektroda i primjene struje preko induktora. Kako je DCR induktora jednosmjerni otpor bakrene žice, on će proizvesti napon na priključku induktora na temelju Ohmovog zakona, V = I x R. Ovaj napon se može izmjeriti pomoću multimetra. Očito je da ova mjerna tehnika ima ograničenja. Prije mjerenja treba biti svjestan nekoliko stvari koje su navedene u nastavku.

1. Maksimalna strujna vrijednost induktora. Struja ne smije prelaziti maksimalnu nazivnu struju navedenu u tehničkom listu induktora.
2. Ploča za ploču nije prikladna za mjerenje DCR induktora, jer spoj ploče također doprinosi buci i otpornosti.
3. Dobro je koristiti odgovarajuću PCB sa samo ispitnim točkama, konektorima za ulazak i izlaz struje i pričvrsnim elementom za komponentne pločice kako biste izbjegli lemljenje.

Slika dolje prikazuje krug za mjerenje DCR vrijednosti prigušnice. Induktor prikazan ovdje idealan je induktor, a istosmjerni otpor ekvivalentni je serijski otpor. Osjetilna linija su Kelvinove osjetilne linije.

Pretpostavimo da ovdje korišteni induktor ima trajnu struju od 1A. Dakle, ovdje ćemo ulazna struja biti 1A. Veća vrijednost ulazne struje veća će biti razlučivost izmjerene DCR vrijednosti, ali ako se vaš prigušnica ne može nositi s jakom strujom, mogu se koristiti i struje niske vrijednosti.

Nakon prolaska struje mora se izmjeriti pad napona na vodovima prigušnice. Pretpostavimo da se pad napona na induktoru izračunava na približno 50mV. Tada se DCR tog induktora može izračunati kao

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

Kako smanjiti DCR tijekom izrade prigušnice

DCR vrijednost prigušnice nema značajne prednosti i stoga je uvijek bolje odabrati prigušnicu s niskom vrijednosti DCR. Obično se prilikom izrade ili projektiranja induktora uzima u obzir i DCR parametar. DCR induktora mora biti vrlo nizak kako induktor ne bi blokirao protok istosmjerne struje. Sljedeće tehnike koriste se za smanjenje DCR vrijednosti induktora

1. Otpor ovisi o duljini i debljini bakrene žice. Da bi se smanjio istosmjerni otpor prigušnice, umjesto jedne žice, paralelno se može namotati više žica. Zbog ove veze rezultirajući otpor postaje manji. Uzmimo u obzir jednu bakrenu žicu s nekom x vrijednosti otpora. Ako je paralelno spojeno više takvih žica, ekvivalentni otpor smanjit će se jer će paralelni otpornici imati izlazni mali ekvivalentni otpor.

2. Povećanjem površine presjeka bakrene žice smanjuje se istosmjerni otpor prigušnica. Stoga su deblje žice korisne za smanjeni DCR.

3. Druga tehnika je uporaba ravne bakrene žice umjesto okruglih bakrenih žica. Ravne žice imaju veliku površinu u usporedbi s okruglim žicama. To je također korisno za smanjenje ukupnog otpora.

Slika dolje je prigušnica koja je izrađena pomoću ravne žice. Proizvođač je Wurth Electronics, a broj dijela je 7443641000. Prema tehničkom listu, prigušnica ima induktivitet od 10uH, a istosmjerni otpor je 2,4 mili-oma na 20 stupnjeva Celzijevih.

4. Tablica s podacima o induktoru daje ocjene induktora gdje je navedena maksimalna vrijednost DCR. Ova vrijednost varira ovisno o temperaturi. Savjetuje se da se induktor koristi u datim uvjetima temperature okoline za rad u području minimalne vrijednosti DCR.

Dakle, DCR prigušnice je važan čimbenik i treba ga uzeti u obzir prilikom projektiranja bilo kojeg kruga.