Qu'est-ce que le DCR dans les inducteurs et comment cela affecte-t-il la conception de votre circuit

Les inductances sont des composants passifs largement utilisés en électronique après les résistances et les condensateurs. Un inducteur idéal stocke l'énergie dans un champ magnétique et délivre un courant de sortie régulier à la charge. Mais dans un circuit pratique, un inducteur contient également une résistance de faible valeur associée à sa propriété d'inductance. Pendant le flux d'alimentation CC ou pour être spécifique à une fréquence de 0 Hertz, les inductances fournissent une résistance au flux de courant. Cette résistance CC est appelée DCR qui signifie résistance CC. Dans ce didacticiel, nous en apprendrons davantage sur DCR et comment il affecte les performances d'un circuit. Nous allons également apprendre à mesurer la valeur DCR d'un inducteur et à réduire la valeur DCR d'un inducteur lors de sa construction.

Semblable au DCR pour les inductances, les condensateurs ont également un paramètre non idéal associé appelé résistance en série équivalente (ESR) et inductance en série équivalente (ESL), vous pouvez lire l'article sur ESR et ESL dans les condensateurs pour en savoir plus à ce sujet et leur importance dans la conception de circuits.

Qu'est-ce que DCR dans les inductances?

Le terme DCR signifie DC Resistance. Cette valeur représente la quantité de résistance qu'une inductance peut offrir lorsqu'un signal CC de 0 Hz est passé à travers elle. En pratique, tous les inducteurs auront une petite valeur de DCR associée.

L'image ci-dessous représente un inducteur pratique avec son inductance réelle en série avec une petite résistance CC (DCR). Le symbole de l'inductance ici représente l'inductance et la résistance en série avec elle est la résistance CC de l'inductance. En principe, les inductances fournissent une très faible résistance pour le courant continu à basse fréquence et fournissent une résistance élevée pour les entrées haute fréquence.

Le DCR d'un inducteur est dû à la résistance de la bobine qui utilise l'inducteur. La résistance de la bobine est proportionnelle à la longueur du fil utilisé pour former la bobine, et la longueur de la bobine est également proportionnelle à la valeur d'inductance de l'inductance. Par conséquent, les inducteurs de valeur plus élevée imposent une résistance élevée et les inductances de faible valeur fournissent une faible résistance. Une grande valeur d'inductance nécessite des nombres d'enroulements plus élevés que les inductances de faible valeur, augmentant ainsi la longueur du fil de cuivre. Le DCR des inductances varie généralement de beaucoup moins que 1 Ohms à 3-4 Ohms.

Importance pratique du DCR

Maintenant, nous savons que les inducteurs ont une faible valeur de résistance, mais quel est le problème avec cela? Pourquoi est-il important de prendre en compte cette faible valeur de résistance lors de la conception de notre circuit?

Le DCR étant une résistance dissipe la chaleur et réduit son efficacité comme toute autre résistance avec une chute de tension à travers elle. L'efficacité est mesurée à l'aide de la formule ci-dessous

Q = w (L / R)

Lorsque, Q est appelé le facteur Q. L est le réacteur inductif et R est la résistance de l'inducteur à une fréquence particulière. Le rapport d'une réactance inductive avec la résistance à une fréquence donnée est appelé le facteur Q. Ce facteur Q est essentiel dans diverses applications. Plus le facteur Q est élevé, plus l'efficacité sera élevée. S'il est théoriquement calculé, un inducteur idéal a un facteur Q plus élevé que le réel. Dans les vrais inducteurs, ce facteur Q est fiable dans DCR.

En ce qui concerne les applications, des inductances avec une valeur élevée de facteur Q sont utilisées dans les circuits RF où un condensateur est utilisé en parallèle avec lui pour former un circuit de réservoir résonnant. Dans un tel cas, la valeur élevée du facteur Q d'une inductance permet d'équilibrer la fréquence supérieure et inférieure du circuit résonnant fonctionnant dans une bande de fréquence continue.

Dans les applications liées à l'électronique de puissance, la faible valeur du DCR est essentielle pour réduire la dissipation de puissance ainsi que les petites empreintes de boîtier. L'inductance avec un DCR faible aura un facteur de forme faible que les inductances avec la valeur élevée de DCR. L'effet principal du DCR de l'inducteur est la dissipation de puissance due à la résistance de la bobine. La dissipation de puissance peut être calculée par la loi de puissance P = I ² R où le R est équivalent à la résistance CC des inducteurs et I est le courant qui le traverse.

Comment mesurer le DCR d'un inducteur?

La plupart des gens mesurent la résistance CC (DCR) d'un inducteur en connectant un multimètre standard à travers les fils de l'inducteur pour mesurer la résistance du fil de cuivre. Cela peut fonctionner assez bien pour les inducteurs de grande valeur, car le fil de cuivre est suffisamment grand pour produire une valeur DCR élevée qui peut être mesurée par la résolution typique de plusieurs mètres.

Mais, pour une inductance de valeur inférieure, la valeur de la résistance CC est trop petite (généralement dans la gamme des mili-ohms) pour être mesurée par les multimètres à faible coût standard. De plus, les fils de sonde du multimètre ont également une résistance CC qui s'ajoute à la valeur DCR, ce qui entraîne une lecture erronée. Il y a donc un problème générique dans la mesure DCR de l'inductance.

Le moyen réel de mesurer la valeur DCR d'un inducteur consiste à utiliser un chemin de détection Kelvin à travers les fils et à appliquer un courant à travers l'inducteur. Comme le DCR de l'inductance est la résistance CC du fil de cuivre, il produira une tension aux bornes de la borne de l'inducteur en fonction de la loi d'Ohm, V = I x R. Cette tension peut être mesurée à l'aide du multimètre. Evidemment, cette technique de mesure a une limitation. Avant de prendre la mesure, il faut être conscient de quelques éléments énumérés ci-dessous.

1. Le courant nominal maximum des inducteurs. Le courant ne doit pas dépasser le courant nominal maximum indiqué dans la fiche technique de l'inducteur.
2. Une maquette n'est pas adaptée à la mesure des inductances DCR car la connexion de la maquette contribue également au bruit et à la résistance.
3. Il est bon d'utiliser un PCB approprié avec uniquement des points de test, des connecteurs d'entrée et de sortie de courant et le dispositif de maintien des composants des coussinets de composants pour éviter la soudure.

L'image ci-dessous montre le circuit pour mesurer la valeur DCR d'un inducteur. L'inducteur illustré ici est un inducteur idéal et la résistance CC est la résistance série équivalente. La ligne de sens est les lignes de sens Kelvin.

Supposons que l'inducteur utilisé ici a un courant nominal continu de 1A. Donc, nous le courant d'entrée ici sera 1A. Plus la valeur du courant d'entrée sera élevée, plus la résolution de la valeur DCR mesurée sera élevée, mais si votre inductance ne peut pas gérer des courants de courant élevé de faible valeur peut également être utilisé.

Après avoir passé le courant, la chute de tension entre les fils de l'inducteur doit être mesurée. Supposons que la chute de tension à travers l'inductance soit calculée à environ 50 mV. Ensuite, le DCR de cet inducteur peut être calculé comme

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

Comment réduire le DCR lors de la construction de l'inducteur

La valeur DCR d'une inductance n'a pas d'avantage significatif et il est donc toujours préférable de sélectionner une inductance avec une faible valeur DCR. Normalement, lors de la construction ou de la conception d'inductances, le paramètre DCR est également pris en compte. Le DCR d'un inducteur doit être très bas pour que l'inducteur ne bloque pas le flux de courant continu. Les techniques suivantes sont utilisées pour réduire la valeur DCR d'une inductance

1. La résistance dépend de la longueur et de l'épaisseur du fil de cuivre. Pour réduire la résistance CC d'un inducteur, au lieu d'un seul fil, plusieurs fils peuvent être blessés en parallèle. En raison de cette connexion, la résistance résultante diminue. Considérez un seul fil de cuivre avec une valeur x de résistance. Si plusieurs de ces fils sont connectés en parallèle, la résistance équivalente sera réduite car les résistances en parallèle auront une faible résistance équivalente en sortie.

2. L'augmentation de la section transversale du fil de cuivre diminue la résistance CC des inducteurs. Par conséquent, des fils plus épais sont bénéfiques pour un DCR réduit.

3. Une autre technique consiste à utiliser du fil de cuivre plat au lieu des fils de cuivre ronds. Les fils plats ont une grande surface par rapport aux fils ronds. Ceci est également bénéfique pour réduire la résistance globale.

L'image ci-dessous est un inducteur construit à l'aide d'un fil plat. Le fabricant est Wurth Electronics et le numéro de pièce est 7443641000. Selon la fiche technique, l'inductance a une inductance de 10uH et la résistance CC est de 2,4 mili-ohms à 20 degrés Celsius.

4. La fiche technique de l'inducteur fournit les valeurs nominales de l'inducteur lorsque la valeur DCR maximale est spécifiée. Cette valeur varie en fonction de la température. Il est conseillé d'utiliser l'inductance dans des conditions de température ambiante données pour les faire fonctionner dans la région de valeur DCR minimale.

Ainsi, le DCR d'un inducteur est un facteur important et doit être pris en compte lors de la conception de tout circuit.