Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

0
237

Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm : Cuộn cảm là linh kiện thụ động được sử dụng rộng rãi trong điện tử sau điện trở và tụ điện . Một cuộn cảm lý tưởng lưu trữ năng lượng trong từ trường và cung cấp dòng điện đầu ra êm ái cho tải. Nhưng trong một mạch thực tế, một cuộn cảm cũng chứa một số điện trở có giá trị thấp liên quan đến đặc tính điện cảm. Trong quá trình hoạt động của nguồn điện một chiều hoặc cụ thể ở tần số 0 Hertz, Cuộn cảm cung cấp khả năng chống lại dòng điện. Điện trở DC này được gọi là DCR, viết tắt của điện trở DC. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về DCR và cách nó ảnh hưởng đến hiệu suất của mạch. Chúng ta cũng sẽ học cách đo giá trị DCR của cuộn cảm và cách giảm giá trị DCR của một cuộn cảm trong quá trình xây dựng nó.

Tương tự như DCR ở cuộn cảm, tụ điện cũng có một số thông số không lý tưởng đi kèm với nó được gọi là điện trở dòng tương đương (ESR) và điện cảm dòng tương đương (ESL), bạn có thể đọc bài viết về ESR và ESL trong tụ điện để biết thêm về nó và tầm quan trọng trong thiết kế mạch.

DCR trong cuộn cảm là gì? – Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

Thuật ngữ DCR là viết tắt của DC Resistance . Giá trị này đại diện cho lượng điện trở mà một cuộn cảm có thể cung cấp khi tín hiệu DC 0Hz đi qua nó . Trong thực tế, tất cả các cuộn cảm sẽ có một giá trị DCR nhỏ đi kèm với nó.

Hình ảnh dưới đây đại diện cho một cuộn cảm thực tế với độ tự cảm thực của nó mắc nối tiếp với điện trở một chiều (DCR) nhỏ. Ký hiệu cuộn cảm ở đây là đại diện cho độ tự cảm và điện trở mắc nối tiếp với nó là điện trở một chiều của cuộn cảm. Về nguyên tắc Cuộn cảm cung cấp điện trở rất thấp cho dòng điện một chiều với tần số thấp và cung cấp điện trở cao cho các đầu vào tần số cao.

DCR-trong-cuon-cam-la-gi Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

Các DCR của một cuộn cảm là do sức đề kháng của cuộn dây bằng mà inductor được thực hiện. Điện trở của cuộn dây tỷ lệ thuận với chiều dài của dây được sử dụng để tạo thành cuộn dây, và chiều dài của cuộn dây cũng tỷ lệ với giá trị độ tự cảm của cuộn cảm. Do đó, cuộn cảm có giá trị cao hơn áp dụng điện trở cao và cuộn cảm có giá trị thấp cung cấp điện trở thấp. Cảm kháng có giá trị lớn cần số cuộn dây cao hơn cuộn cảm có giá trị thấp, do đó làm tăng chiều dài dây đồng. DCR của cuộn cảm thường nằm trong khoảng từ nhỏ hơn 1 Ohms đến 3-4 Ohms.

Tầm quan của Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

Bây giờ chúng ta biết rằng cuộn cảm có giá trị nhỏ của điện trở với nó, nhưng vấn đề với nó là gì? Tại sao điều quan trọng là phải xem xét giá trị nhỏ của điện trở trong thiết kế mạch của chúng ta?

DCR là một điện trở nó sẽ tản nhiệt và giảm hiệu suất giống như bất kỳ điện trở nào khác có điện áp giảm trên nó. Hiệu suất được đo bằng công thức dưới đây

Q = w (L / R)

Trong đó, Q được gọi là Q-factor . L là cuộn kháng cảm ứng và R là điện trở của cuộn cảm ở một tần số cụ thể. Tỷ số giữa điện kháng cảm ứng với điện trở ở một tần số nhất định được gọi là hệ số Q. Yếu tố Q này rất cần thiết trong các ứng dụng khác nhau. Hệ số Q càng cao thì hiệu quả sẽ càng cao. Nếu tính theo lý thuyết, một cuộn cảm lý tưởng có hệ số Q cao hơn so với cuộn cảm thực. Trong cuộn cảm thực, hệ số Q này là đáng tin cậy trong DCR.

Ứng dụng khôn ngoan, Các cuộn cảm có giá trị cao của hệ số Q được sử dụng trong mạch RF trong đó tụ điện được sử dụng song song với nó để tạo thành mạch cộng hưởng song song . Trong trường hợp này, giá trị cao của hệ số Q của cuộn cảm giúp cân bằng tần số trên và tần số dưới của mạch cộng hưởng hoạt động trong một dải tần liên tục.

Trong ứng dụng liên quan đến điện tử công suất, giá trị thấp của DCR là cần thiết để tiêu hao ít điện năng hơn. Cuộn cảm có DCR thấp sẽ có hệ số dạng thức thấp hơn Cuộn cảm có giá trị DCR cao. Ảnh hưởng chính của DCR của cuộn cảm là công suất tiêu tán do điện trở của cuộn dây. Công suất tiêu tán có thể được tính theo định luật công suất P = I 2 R trong đó R tương đương với điện trở một chiều của cuộn cảm và I là cường độ dòng điện chạy qua nó.

Làm thế nào để đo DCR của một cuộn cảm?

Hầu hết mọi người đo điện trở một chiều (DCR) của cuộn cảm bằng cách kết nối nhiều đồng hồ qua dây dẫn cuộn cảm để đo điện trở của dây đồng. Nó có thể hoạt động đủ tốt đối với các cuộn cảm có giá trị lớn, vì dây đồng ở đó đủ lớn để tạo ra giá trị DCR cao có thể được đo bằng đồng hồ.

Tuy nhiên, đối với một cuộn cảm có giá trị nhỏ hơn, giá trị điện trở DC quá nhỏ (thường trong phạm vi mili-ohms) để được đo bằng đồng hồ vạn năng. Ngoài ra, dây đo của đồng hồ vạn năng cũng có điện trở DC làm tăng giá trị DCR dẫn đến việc đọc giá trị bị lỗi. Vì vậy, có một vấn đề chung trong phép đo DCR của cuộn cảm.

Cách thực tế để đo giá trị DCR của Cuộn cảm là sử dụng đường dẫn cảm ứng Kelvin qua các dây dẫn và áp dụng dòng điện qua Cuộn cảm. Vì DCR của cuộn cảm là điện trở một chiều của dây đồng, nó sẽ tạo ra điện áp trên đầu cực của cuộn cảm dựa trên định luật Ohms, V = I x R. Điện áp này có thể được đo bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng. Rõ ràng, kỹ thuật đo lường này có một hạn chế. Trước khi thực hiện phép đo, bạn cần lưu ý một số điều được liệt kê dưới đây.

  1. Đánh giá dòng điện tối đa của cuộn cảm. Dòng điện không được vượt quá định mức dòng điện tối đa được nêu trong bảng thông số kỹ thuật của cuộn cảm.
  2. Một breadboard không phù hợp để đo DCR của cuộn cảm vì kết nối breadboard cũng góp phần gây ra nhiễu và điện trở.
  3. Tốt nhất là sử dụng PCB thích hợp chỉ với các điểm kiểm tra, các đầu nối Dòng điện vào và ra và tránh hàn lên các pad và lỗ của linh kiện

Hình ảnh dưới đây cho thấy mạch để đo giá trị DCR của một cuộn cảm. Cuộn cảm được hiển thị ở đây là một cuộn cảm lý tưởng và Điện trở DC là điện trở nối tiếp tương đương. Đường cảm biến là đường cảm biến Kelvin.

mach-de-do-gia-tri-DCR Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

Giả sử rằng cuộn cảm được sử dụng ở đây có định mức dòng điện liên tục là 1A. Vì vậy, dòng đầu vào ở đây sẽ là 1A. Giá trị cao hơn của dòng điện đầu vào cao hơn sẽ là độ phân giải của giá trị DCR đo được, nhưng nếu cuộn cảm của bạn không thể xử lý dòng điện giá trị thấp thì một dòng điện cao cũng có thể được sử dụng.

Sau khi cho dòng điện đi qua, phải đo điện áp giảm trên các đầu của cuộn cảm. Giả sử điện áp rơi trên cuộn cảm được tính vào khoảng 50mV. Sau đó, DCR của cuộn cảm đó có thể được tính như

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

Cách giảm DCR trong khi thiết kế cuộn cảm

Giá trị DCR của cuộn cảm không có lợi thế đáng kể và do đó, luôn tốt hơn nếu chọn một cuộn cảm có giá trị DCR thấp. Thông thường khi Các cuộn cảm đang được xây dựng hoặc thiết kế, thông số DCR cũng được xem xét. DCR của cuộn cảm cần phải rất thấp để cuộn cảm không chặn dòng điện một chiều. Các kỹ thuật sau được sử dụng để giảm giá trị DCR của cuộn cảm

1. Điện trở phụ thuộc vào chiều dài và độ dày của dây đồng. Để giảm điện trở DC của cuộn cảm, thay vì một dây duy nhất, nhiều dây có thể được quấn song song . Do kết nối này, kết quả là điện trở trở nên ít hơn. Xét một dây đồng duy nhất có điện trở giá trị x nào đó. Nếu nhiều dây như vậy được kết nối song song, điện trở tương đương sẽ giảm vì các điện trở mắc song song sẽ có điện trở tương đương thấp như đầu ra. 

2. Tăng diện tích tiết diện của dây đồng thì điện trở một chiều của cuộn cảm giảm. Do đó, dây dày hơn có lợi cho việc giảm DCR.

Tang-dien-tich-tiet-dien Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

3. Một kỹ thuật khác là sử dụng dây đồng dẹt thay vì dây đồng tròn. Dây dẹt có diện tích lớn so với dây tròn. Điều này cũng có lợi để giảm sức đề kháng tổng thể.
Hình ảnh dưới đây là một cuộn cảm được cấu tạo bằng dây dẹt. Nhà sản xuất là Wurth Electronics và mã 7443641000. Theo biểu dữ liệu, cuộn cảm có độ tự cảm 10uH và điện trở DC là 2,4 mili-ohms ở 20 độ C.

su-dung-day-dong-det-thay-vi-day-dong-tron Trở kháng DC Resistance (DCR) trong cuộn cảm

4. Biểu dữ liệu cuộn cảm cung cấp xếp hạng của cuộn cảm trong đó giá trị DCR tối đa được chỉ định. Giá trị này thay đổi tùy theo nhiệt độ. Nên sử dụng cuộn cảm trong điều kiện nhiệt độ môi trường nhất định để vận hành chúng trong vùng giá trị DCR tối thiểu.

Vì vậy DCR của cuộn cảm là một yếu tố quan trọng và cần được xem xét khi thiết kế bất kỳ mạch nào.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here