インダクタは、抵抗器やコンデンサの後の電子機器で広く使用されている受動部品です。理想的なインダクタは、磁場にエネルギーを蓄積し、負荷にスムーズな出力電流を供給します。しかし、実際の回路では、インダクタにはそのインダクタンス特性に関連する低い値の抵抗も含まれています。 DC電源の流れの間、または0ヘルツの周波数で特定するために、インダクタは電流の流れに対する抵抗を提供します。このDC抵抗は、DC抵抗を表すDCRと呼ばれます。このチュートリアルでは、DCRと、それが回路のパフォーマンスにどのように影響するかについて詳しく学習します。また、インダクタのDCR値を測定する方法と、インダクタの構築中にインダクタのDCR値を減らす方法についても学習します。
インダクタのDCRと同様に、コンデンサにも等価直列抵抗（ESR）および等価直列インダクタンス（ESL）と呼ばれるいくつかの非理想的なパラメータが関連付けられています。コンデンサのESRおよびESLに関する記事を読んで、コンデンサとその詳細を確認できます。回路設計における重要性。
インダクタのDCRとは何ですか？
DCRという用語はDC抵抗を表します。この値は、0HzのDC信号がインダクタを通過したときにインダクタが提供できる抵抗の量を表します。実際には、すべてのインダクタには小さな値のDCRが関連付けられています。
以下の画像は、実際のインダクタンスが小さなDC抵抗（DCR）と直列に接続された実際のインダクタを表しています。ここでのインダクタの記号はインダクタンスを表しており、それに直列の抵抗はインダクタのDC抵抗です。原則として、インダクタは低周波数のDC電流に対して非常に低い抵抗を提供し、高周波入力に対して高抵抗を提供します。
インダクタのDCRは、インダクタを使用するコイルの抵抗によるものです。コイルの抵抗は、コイルを形成するために使用されるワイヤの長さに比例し、コイルの長さは、インダクタのインダクタンス値にも比例します。したがって、値の大きいインダクタは高抵抗を課し、値の小さいインダクタは低抵抗を提供します。インダクタンスの値が大きいと、値の小さいインダクタよりも多くの巻線数が必要になるため、銅線の長さが長くなります。インダクタのDCRは、通常、1オームよりはるかに小さい値から3〜4オームの範囲です。
DCRの実用的な重要性
これで、インダクタの抵抗値が小さいことがわかりましたが、それの問題は何ですか？回路を設計する際に、この小さな抵抗値を考慮することが重要なのはなぜですか？
抵抗器であるDCRは、他の抵抗器と同じように熱を放散し、効率を低下させます。効率は以下の式を使用して測定されます
Q = w（L / R）
ここで、QはQファクターと呼ばれます。Lは誘導リアクトル、Rは特定の周波数でのインダクタの抵抗です。特定の周波数での抵抗に対する誘導性リアクタンスの比率は、Qファクターと呼ばれます。このQファクターは、さまざまなアプリケーションで不可欠です。Q値が高いほど、効率は高くなります。理論的に計算すると、理想的なインダクタは実際のインダクタと比較してQ値が高くなります。実際のインダクタでは、このQファクターはDCRで信頼できます。
アプリケーションに関しては、Qファクターの値が高いインダクターがRF回路で使用され、コンデンサーがそれと並列に使用されて共振タンク回路を形成します。このような場合、インダクタのQファクターの値が高いと、連続帯域周波数で動作する共振回路の上限周波数と下限周波数のバランスを取るのに役立ちます。
パワーエレクトロニクス関連のアプリケーションでは、DCRの値を低くすることが、消費電力を抑え、パッケージのフットプリントを小さくするために不可欠です。インダクタ低DCRは、低フォームファクタがありますDCRの高い値を持つインダクタをより。インダクタのDCRの主な効果は、コイル抵抗による電力損失です。消費電力は、べき法則P = I 2 Rで計算できます。ここで、RはインダクタのDC抵抗に相当し、Iはそれを流れる電流です。
インダクタのDCRを測定する方法は？
ほとんどの人は、インダクターのリード線に標準のマルチメーターを接続して銅線の抵抗を測定することにより、インダクターのDC抵抗（DCR）を測定します。そこにある銅線は、一般的なマルチメータの分解能で測定できる高いDCR値を生成するのに十分な大きさであるため、大きな値のインダクタには十分に機能する可能性があります。
ただし、インダクタの値が小さい場合、DC抵抗値は小さすぎて（通常はミリオームの範囲）、標準の低コストマルチメータで測定できません。また、マルチメータのプローブワイヤにもDC抵抗があり、これがDCR値になり、読み取りに誤りが生じます。したがって、インダクタのDCR測定には一般的な問題があります。
インダクタのDCR値を測定する実際の方法は、リードにケルビン検出パスを使用し、インダクタに電流を流すことです。インダクタのDCRは銅線のDC抵抗であるため、オームの法則 V = I x Rに 基づいて、インダクタの端子間に電圧を生成します 。 この電圧は、マルチメータを使用して測定できます。明らかに、この測定手法には限界があります。測定を行う前に、以下にリストされているいくつかのことに注意する必要があります。
- インダクタの最大定格電流。電流は、インダクタのデータシートに記載されている最大電流定格を超えてはなりません。
- ブレッドボードの接続もノイズと抵抗の原因となるため、ブレッドボードはインダクタのDCR測定には適していません。
- はんだ付けを避けるために、テストポイント、電流入力および出力コネクタ、およびコンポーネントパッドコンポーネント保持フィクスチャのみを備えた適切なPCBを使用することをお勧めします。
下の画像は、インダクタのDCR値を測定する回路を示しています。ここに示されているインダクタは理想的なインダクタであり、DC抵抗は等価直列抵抗です。センスラインはケルビンセンスラインです。
ここで使用されているインダクタの連続電流定格は1Aであると仮定します。したがって、ここでの入力電流は1Aになります。入力電流の値が高いほど、測定されたDCR値の分解能が高くなりますが、インダクタが高電流を処理できない場合は、低い値の電流を使用することもできます。
電流を流した後、インダクタのリード間の電圧降下を測定する必要があります。インダクタ両端の電圧降下が約50mVで計算されていると仮定します。次に、そのインダクタのDCRは次のように計算できます。
V = I x R R = V / I R = 0.05 / 1 R = 0.05オーム
インダクタを構築しながらDCRを減らす方法
インダクタのDCR値には大きな利点はないため、DCR値の低いインダクタを選択することをお勧めします。通常、インダクタが構築または設計されている場合、DCRパラメータも考慮されます。インダクタのDCRは、インダクタがDC電流の流れを妨げないように非常に低くする必要があります。インダクタのDCR値を下げるには、次の手法が使用されます
1.抵抗は銅線の長さと太さに依存します。インダクタのDC抵抗を下げるために、単一のワイヤの代わりに、複数のワイヤを並列に巻くことができます。この接続により、結果として生じる抵抗は少なくなります。抵抗のx値を持つ単一の銅線を考えてみましょう。このようなワイヤが複数並列に接続されている場合、並列の抵抗は出力としての等価抵抗が低くなるため、等価抵抗が減少します。
2.銅線の断面積を大きくすると、インダクタのDC抵抗が小さくなります。したがって、より太いワイヤはDCRを減らすのに役立ちます。
3.別の手法は、丸い銅線の代わりに平らな銅線を使用することです。平線は丸線に比べて面積が大きい。これは、全体的な抵抗を減らすのにも役立ちます。
下の画像は、フラットワイヤを使用して構築されたインダクタです。製造元はWurthElectronicsで、部品番号は7443641000です。データシートによると、インダクタのインダクタンスは10uHで、DC抵抗は20℃で2.4ミリオームです。
4.インダクタのデータシートには、最大DCR値が指定されているインダクタの定格が記載されています。この値は温度によって異なります。最小DCR値領域でインダクタを動作させるには、所定の周囲温度条件でインダクタを使用することをお勧めします。
したがって、インダクタのDCRは重要な要素であり、回路を設計する際に考慮する必要があります。