Cos'è il dcr negli induttori e in che modo influisce sulla progettazione del circuito

Gli induttori sono componenti passivi ampiamente utilizzati nell'elettronica dopo resistori e condensatori. Un induttore ideale immagazzina energia in un campo magnetico e fornisce una corrente di uscita regolare al carico. Ma in un circuito pratico, un induttore contiene anche una resistenza di basso valore associata alla sua proprietà di induttanza. Durante il flusso di alimentazione CC o per essere precisi in una frequenza di 0 Hertz, gli induttori forniscono resistenza al flusso di corrente. Questa resistenza CC è indicata come DCR che sta per resistenza CC. In questo tutorial impareremo di più sul DCR e su come influisce sulle prestazioni di un circuito. Impareremo anche come misurare il valore DCR di un induttore e come ridurre il valore DCR di un induttore durante la sua costruzione.

Simile a DCR per induttori, i condensatori hanno anche alcuni parametri non ideali ad esso associati chiamati Resistenza in serie equivalente (ESR) e Induttanza in serie equivalente (ESL) puoi leggere l'articolo su ESR ed ESL in Condensatori per saperne di più su di esso e sul loro importanza nella progettazione del circuito.

Cos'è il DCR negli induttori?

Il termine DCR sta per DC Resistance. Questo valore rappresenta la quantità di resistenza che un induttore può offrire quando viene attraversato da un segnale CC di 0 Hz. In pratica tutti gli induttori avranno un piccolo valore di DCR ad esso associato.

L'immagine sotto rappresenta un induttore pratico con la sua induttanza effettiva in serie con una piccola resistenza CC (DCR). Il simbolo dell'induttore qui rappresenta l'induttanza e il resistore in serie con esso è la resistenza CC dell'induttore. In linea di principio, gli induttori forniscono una resistenza molto bassa per la corrente CC a bassa frequenza e forniscono un'elevata resistenza per gli ingressi ad alta frequenza.

Il DCR di un induttore è dovuto alla resistenza della bobina con cui è realizzato l'induttore. La resistenza della bobina è proporzionale alla lunghezza del filo utilizzato per formare la bobina e anche la lunghezza della bobina è proporzionale al valore di induttanza dell'induttore. Quindi, gli induttori di valore più alto impongono un'elevata resistenza e gli induttori di valore basso forniscono una bassa resistenza. Un valore elevato di induttanza richiede un numero di avvolgimenti più elevato rispetto agli induttori di basso valore, aumentando così la lunghezza del filo di rame. Il DCR degli induttori varia tipicamente da molto meno di 1 Ohm a 3-4 Ohm.

Importanza pratica del DCR

Ora sappiamo che gli induttori hanno un piccolo valore di resistenza con esso, ma qual è il problema con questo? Perché è importante considerare questo piccolo valore di resistenza durante la progettazione del nostro circuito?

Il DCR essendo un resistore dissipa il calore e riduce l'efficienza proprio come qualsiasi altro resistore con una caduta di tensione attraverso di esso. L'efficienza viene misurata utilizzando la formula seguente

Q = w (L / R)

Dove, Q è chiamato il fattore Q. L è il reattore induttivo e R è la resistenza dell'induttore a una particolare frequenza. Il rapporto tra una reattanza induttiva e la resistenza a una data frequenza è chiamato fattore Q. Questo fattore Q è essenziale in varie applicazioni. Maggiore è il fattore Q, maggiore sarà l'efficienza. Se calcolato teoricamente, un induttore ideale ha un fattore Q maggiore rispetto a quello reale. Negli induttori reali, questo fattore Q è affidabile in DCR.

Dal punto di vista dell'applicazione, gli induttori con un alto valore del fattore Q vengono utilizzati nei circuiti RF in cui un condensatore viene utilizzato in parallelo con esso per formare un circuito del serbatoio risonante. In tal caso, il valore elevato del fattore Q di un induttore aiuta a bilanciare la frequenza superiore e inferiore del circuito risonante operante in una frequenza di banda continua.

Nelle applicazioni relative all'elettronica di potenza, il valore basso di DCR è essenziale per una minore dissipazione di potenza e per ingombri ridotti del pacchetto. L'induttore con DCR basso avrà un fattore di forma basso rispetto agli induttori con il valore DCR alto. L'effetto principale del DCR dell'induttore è la dissipazione di potenza dovuta alla resistenza della bobina. La dissipazione di potenza può essere calcolata dalla legge di potenza P = I ² R dove R è equivalente alla resistenza CC degli induttori e I è la corrente che scorre attraverso di essa.

Come misurare il DCR di un induttore?

La maggior parte delle persone misura la resistenza CC (DCR) di un induttore collegando un multimetro standard attraverso i conduttori dell'induttore per misurare la resistenza del filo di rame. Potrebbe funzionare abbastanza bene per induttori di valore elevato, perché il filo di rame è abbastanza grande da produrre un valore DCR elevato che può essere misurato dalla tipica risoluzione multimetro.

Tuttavia, per un induttore di valore inferiore, il valore della resistenza CC è troppo piccolo (tipicamente in un intervallo di mili-ohm) per essere misurato dai multimetri standard a basso costo. Anche i fili della sonda del multimetro hanno anche una resistenza CC che si somma al valore DCR con conseguente lettura errata. Quindi, c'è un problema generico nella misurazione DCR di Inductor.

Il modo effettivo per misurare il valore DCR di un induttore è utilizzare un percorso di rilevamento Kelvin attraverso i conduttori e applicare corrente attraverso l'induttore. Poiché il DCR dell'induttore è la resistenza CC del filo di rame, produrrà una tensione attraverso il terminale dell'induttore in base alla legge di Ohm, V = I x R. Questa tensione può essere misurata utilizzando il multimetro. Ovviamente, questa tecnica di misurazione ha una limitazione. Prima di eseguire la misurazione è necessario essere consapevoli di alcune cose elencate di seguito.

1. La corrente nominale massima degli induttori. La corrente non deve superare la corrente nominale massima indicata nella scheda tecnica dell'induttore.
2. Una breadboard non è adatta per la misurazione DCR degli induttori poiché la connessione della breadboard contribuisce anche al rumore e alla resistenza.
3. È bene utilizzare un PCB appropriato con solo punti di prova, connettori di ingresso e uscita di corrente e il dispositivo di tenuta dei componenti dei pad dei componenti per evitare saldature.

L'immagine sotto mostra il circuito per misurare il valore DCR di un induttore. L'induttore mostrato qui è un induttore ideale e la resistenza CC è la resistenza in serie equivalente. La linea di senso sono le linee di senso Kelvin.

Supponiamo che l'induttore qui utilizzato abbia una corrente nominale continua di 1A. Quindi la corrente di ingresso qui sarà 1A. Più alto è il valore della corrente di ingresso, maggiore sarà la risoluzione del valore DCR misurato, ma se l'induttore non è in grado di gestire correnti elevate è possibile utilizzare anche correnti di valore basso.

Dopo aver passato la corrente, è necessario misurare la caduta di tensione sui conduttori dell'induttore. Supponiamo che la caduta di tensione attraverso l'induttore sia calcolata a circa 50 mV. Quindi, il DCR di quell'induttore può essere calcolato come

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

Come ridurre il DCR durante la costruzione dell'induttore

Il valore DCR di un induttore non ha alcun vantaggio significativo e quindi è sempre meglio selezionare un induttore con un valore DCR basso. Normalmente, quando si costruiscono o si progettano induttori, viene considerato anche il parametro DCR. Il DCR di un induttore deve essere molto basso in modo che l'induttore non blocchi il flusso di corrente CC. Le seguenti tecniche vengono utilizzate per ridurre il valore DCR di un induttore

1. La resistenza dipende dalla lunghezza e dallo spessore del filo di rame. Per ridurre la resistenza CC di un induttore, invece di un singolo filo, è possibile avvolgere più fili in parallelo. A causa di questa connessione, la resistenza risultante diminuisce. Considera un singolo filo di rame con un valore x di resistenza. Se più fili di questo tipo sono collegati in parallelo, la resistenza equivalente sarà ridotta poiché i resistori in parallelo avranno una bassa resistenza equivalente come uscita.

2. Aumentando l'area della sezione trasversale del filo di rame si riduce la resistenza CC degli induttori. Pertanto, fili più spessi sono utili per ridurre il DCR.

3. Un'altra tecnica consiste nell'utilizzare fili di rame piatti invece dei fili di rame rotondi. I fili piatti hanno un'area ampia rispetto ai fili tondi. Questo è anche utile per ridurre la resistenza complessiva.

L'immagine sotto è un induttore costruito utilizzando un filo piatto. Il produttore è Wurth Electronics e il numero di parte è 7443641000. Come da scheda tecnica, l'induttore ha un'induttanza di 10uH e la resistenza CC è di 2,4 mili-ohm a 20 gradi Celsius.

4. La scheda tecnica dell'induttore fornisce i valori nominali dell'induttore in cui è specificato il valore DCR massimo. Questo valore varia in base alla temperatura. Si consiglia di utilizzare l'induttore in una determinata condizione di temperatura ambiente per azionarli nella regione del valore DCR minimo.

Quindi il DCR di un induttore è un fattore importante e dovrebbe essere considerato durante la progettazione di qualsiasi circuito.