- ¿Qué es DCR en inductores?
- Importancia práctica de DCR
- ¿Cómo medir DCR de un inductor?
- Cómo reducir la DCR mientras se construye el inductor
Los inductores son componentes pasivos ampliamente utilizados en electrónica después de resistencias y condensadores. Un inductor ideal almacena energía en un campo magnético y entrega una corriente de salida suave a la carga. Pero en un circuito práctico, un inductor también contiene una resistencia de bajo valor asociada con su propiedad de inductancia. Durante el flujo de suministro de CC o para ser específicos en frecuencia de 0 Hertz, los inductores proporcionan resistencia al flujo de corriente. Esta resistencia de CC se conoce como DCR, que significa resistencia de CC. En este tutorial aprenderemos más sobre DCR y cómo afecta el rendimiento de un circuito. También aprenderemos cómo medir el valor DCR de un inductor y cómo reducir el valor DCR de un inductor durante su construcción.
Similar a DCR para inductores, los condensadores también tienen algún parámetro no ideal asociado llamado resistencia de serie equivalente (ESR) e inductancia de serie equivalente (ESL).Puede leer el artículo sobre ESR y ESL en condensadores para saber más sobre él y sus importancia en el diseño de circuitos.
¿Qué es DCR en inductores?
El término DCR significa Resistencia DC. Este valor representa la cantidad de resistencia que puede ofrecer un inductor cuando pasa una señal de CC de 0Hz. En la práctica, todos los inductores tendrán un pequeño valor de DCR asociado.
La siguiente imagen representa un inductor práctico con su inductancia real en serie con una pequeña resistencia de CC (DCR). El símbolo del inductor aquí representa la inductancia y el resistor en serie con él es la resistencia de CC del inductor. En principio, los inductores proporcionan una resistencia muy baja para corriente CC con baja frecuencia y proporcionan una alta resistencia para entradas de alta frecuencia.
El DCR de un inductor se debe a la resistencia de la bobina con la que se fabrica el inductor. La resistencia de la bobina es proporcional a la longitud del cable utilizado para formar la bobina, y la longitud de la bobina también es proporcional al valor de inductancia del inductor. Por lo tanto, los inductores de mayor valor imponen alta resistencia y los inductores de bajo valor proporcionan baja resistencia. Un gran valor de inductancia requiere números de devanado más altos que los inductores de bajo valor, lo que aumenta la longitud del cable de cobre. El DCR de los inductores suele oscilar entre mucho menos de 1 ohmio y 3-4 ohmios.
Importancia práctica de DCR
Ahora sabemos que los inductores tienen un pequeño valor de resistencia, pero ¿cuál es el problema con eso? ¿Por qué es importante considerar este pequeño valor de resistencia al diseñar nuestro circuito?
El DCR es una resistencia que disipa el calor y reduce la eficiencia como cualquier otra resistencia con una caída de voltaje a través de ella. La eficiencia se mide utilizando la siguiente fórmula
Q = w (L / R)
Donde, Q se llama el factor Q. L es el reactor inductivo y R es la resistencia del inductor a una frecuencia particular. La relación de una reactancia inductiva con la resistencia a una frecuencia dada se llama factor Q. Este factor Q es fundamental en diversas aplicaciones. Cuanto mayor sea el factor Q, mayor será la eficiencia. Si se calcula teóricamente, un inductor ideal tiene un factor Q más alto en comparación con el real. En inductores reales, este factor Q es confiable en DCR.
En cuanto a la aplicación, los inductores con un valor alto de factor Q se utilizan en los circuitos de RF donde se utiliza un condensador en paralelo con él para formar un circuito de tanque resonante. En tal caso, el valor alto del factor Q de un inductor ayuda a equilibrar la frecuencia superior e inferior del circuito resonante que opera en una frecuencia de banda continua.
En aplicaciones relacionadas con la electrónica de potencia, el bajo valor de DCR es esencial para una menor disipación de energía, así como para un tamaño de paquete pequeño. El inductor con DCR bajo tendrá un factor de forma más bajo que los inductores con el valor alto de DCR. El principal efecto del DCR del inductor es la disipación de potencia debido a la resistencia de la bobina. La disipación de potencia se puede calcular mediante la ley de potencia P = I 2 R donde R es equivalente a la resistencia de CC de los inductores e I es la corriente que fluye a través de ella.
¿Cómo medir DCR de un inductor?
La mayoría de las personas miden la resistencia de CC (DCR) de un inductor conectando un multímetro estándar a través de los cables del inductor para medir la resistencia del cable de cobre. Podría funcionar lo suficientemente justo para inductores de gran valor, porque el cable de cobre es lo suficientemente grande como para producir un valor de DCR alto que se puede medir con la resolución típica de varios metros.
Pero, para un inductor de menor valor, el valor de resistencia de CC es demasiado pequeño (generalmente en el rango de mili-ohmios) para ser medido por los multímetros estándar de bajo costo. Además, los cables de la sonda del multímetro también tienen una resistencia de CC que se suma al valor de DCR y da como resultado una lectura defectuosa. Entonces, hay un problema genérico en la medición DCR del inductor.
La forma real de medir el valor DCR de un inductor es utilizando una ruta de detección de Kelvin a través de los cables y aplicando corriente a través del inductor. Como el DCR del inductor es la resistencia de CC del cable de cobre, producirá un voltaje a través del terminal del inductor según la ley de Ohm, V = I x R. Este voltaje se puede medir con el multímetro. Evidentemente, esta técnica de medición tiene una limitación. Antes de tomar la medida, uno debe tener en cuenta algunas cosas que se enumeran a continuación.
- La corriente nominal máxima de los inductores. La corriente no debe exceder la clasificación de corriente máxima indicada en la hoja de datos del inductor.
- Una placa no es adecuada para la medición de inductores DCR ya que la conexión de la placa también contribuye al ruido y la resistencia.
- Es bueno usar una placa de circuito impreso adecuada con solo puntos de prueba, conectores de entrada y salida de corriente y el accesorio de sujeción de los componentes de las almohadillas para evitar soldaduras.
La siguiente imagen muestra el circuito para medir el valor DCR de un inductor. El inductor que se muestra aquí es un inductor ideal y la resistencia de CC es la resistencia en serie equivalente. La línea de sentido son las líneas de sentido de Kelvin.
Supongamos que el inductor utilizado aquí tiene una clasificación de corriente continua de 1A. Entonces, la corriente de entrada aquí será 1A. Cuanto mayor sea el valor de la corriente de entrada, mayor será la resolución del valor DCR medido, pero si su inductor no puede manejar corrientes altas, también se pueden usar corrientes de bajo valor.
Después de pasar la corriente, se debe medir la caída de voltaje a través de los cables del inductor. Suponga que la caída de voltaje a través del inductor se calcula en aproximadamente 50 mV. Entonces, el DCR de ese inductor se puede calcular como
V = Yo x R R = V / Yo R = 0.05 / 1 R = 0.05 ohmios
Cómo reducir la DCR mientras se construye el inductor
El valor DCR de un inductor no tiene una ventaja significativa y, por lo tanto, siempre es mejor seleccionar un inductor con un valor DCR bajo. Normalmente, cuando se construyen o diseñan inductores, también se considera el parámetro DCR. La DCR de un inductor debe ser muy baja para que el inductor no bloquee el flujo de corriente CC. Las siguientes técnicas se utilizan para reducir el valor DCR de un inductor
1. La resistencia depende de la longitud y el grosor del cable de cobre. Para reducir la resistencia de CC de un inductor, en lugar de un solo cable, se pueden enrollar varios cables en paralelo. Debido a esta conexión, la resistencia resultante se vuelve menor. Considere un solo alambre de cobre con un valor de x de resistencia. Si varios de estos cables están conectados en paralelo, la resistencia equivalente se reducirá ya que las resistencias en paralelo tendrán una resistencia equivalente baja como salida.
2. Al aumentar el área de la sección transversal del cable de cobre, disminuye la resistencia de CC de los inductores. Por lo tanto, los cables más gruesos son beneficiosos para reducir la DCR.
3. Otra técnica es utilizar alambre de cobre plano en lugar de alambres de cobre redondos. Los alambres planos tienen un área grande en comparación con los alambres redondos. Esto también es beneficioso para reducir la resistencia general.
La siguiente imagen es un inductor que se construye con alambre plano. El fabricante es Wurth Electronics y el número de pieza es 7443641000. Según la hoja de datos, el inductor tiene una inductancia de 10uH y la resistencia de CC es de 2,4 mili-ohmios a 20 grados Celsius.
4. La hoja de datos del inductor proporciona los valores nominales del inductor donde se especifica el valor DCR máximo. Este valor varía según la temperatura. Se recomienda usar el inductor en una condición de temperatura ambiente determinada para operarlos en la región de valor DCR mínimo.
Por lo tanto, la DCR de un inductor es un factor importante y debe tenerse en cuenta al diseñar cualquier circuito.