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ROHM GMR50分流电阻器 如何平衡小型化与大功率?

关键词:ROHM GMR100分流电阻器车载和工业设备

时间:2019-11-26 09:48:22      来源:中电网

时隔两年,继2017年末ROHM发布的GMR100分流电阻器之后近日再次推出其升级版GMR50电阻器产品。发布会上的两大关键词:小型化、大功率。当被记者问及为什么会为一款小的分流电阻器产品专门召开发布会时,ROHM通用元器件生产本部电阻器制造部组长田中幸作先生给出的答案是,GMR50是业界率先以5.0×2.5mm的小型尺寸实现超高额定功率4W的分流电阻器。

时隔两年,继2017年末ROHM发布的GMR100分流电阻器之后近日再次推出其升级版GMR50电阻器产品。发布会上的两大关键词:小型化、大功率。当被记者问及为什么会为一款小的分流电阻器产品专门召开发布会时,ROHM通用元器件生产本部电阻器制造部组长田中幸作先生给出的答案是,GMR50是业界率先以5.0×2.5mm的小型尺寸实现超高额定功率4W的分流电阻器。主要应用在车载和工业设备使用的电机、电源电路的电流检测,采用高散热的结构,有助于车载和工业设备进一步节省空间并提高可靠性。率先也就意味着新技术的突破,那GMR50是如何平衡在小尺寸和大功率之间呢?GMR50又可以带来哪些亮点呢?ROHM半导体(北京)有限公司技术中心高级工程师吴波做了详细的分享。

在车载领域,随着汽车电动化、自动化的发展趋势,电机和ECU的搭载数量也在日益增加,部件安装的密度会越来越高,分流电阻器是车载应用中不可或缺的一个小部件,被广泛用于车载和工业设备领域的电流检测。在这种市场环境下大功率、小型化的需求也日益高涨。

GMR50采用高散热结构,实现了超高额定功率,有助于设备进一步节省空间,并提高了过电流负载时的耐久性。  

吴波介绍GMR100自量产以来凭借其6.4×3.2mm的小型尺寸和超大功率在业内享有良好的评价。相比GMR100,GMR50在尺寸上进一步缩小,仅有5.0×2.5mm。能够在引脚温度TK=90℃时保证超高的4W额定功率,即便引脚温度上升至110℃时GMR50的额定功率也可以保证到3W。GMR50通过改善电极结构和优化元件设计,成功地提高了PCB的散热性能。

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吴波展示了一张实测数据对比图:

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通常,想要实现4W功率,电阻尺寸需做到6.4×3.2mm,而GMR50与普通产品相比在安装面积上减少39%,仅有5.0×2.5mm。再从温升上来看,两个产品同样在功率达4W时,普通产品表面温度到118℃,而GMR50则只有98℃。

再看另外一张图,当尺寸相同,且同样施加到2W功率的情况下,普通产品表面温升达150℃,而GMR50则只有65℃,表面温度降低57%。

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稳定的电流检测

众所周知,分流电阻器是用来检测电流的工作状态,不仅要求其在正常工作下具备比较精确的电流检测功能,还要保证设备在故障情况下,保持稳定的检测。举个例子,当被检测对象发生了故障或电路电源短路时,会导致电阻器中流过大的电流,在这种超负荷状况下,要求电阻器的电阻变化率很小,才能保证过流保护不会误动作。GMR50具有稳定的电流检测。吴先生用一张图来解释普通电阻器和GMR50电阻器过负载试验的比较,同样是4W额定值产品,当施加功率逐渐增加时,GMR50电阻器即便增加到8倍,电阻变化率仍然在0.5%以内,而普通产品已经达到2%以下,也就是说GMR50电阻器对过电流负载的耐久性更优异,即便是在过负载的情况下也可以保证电阻变化率很小,具有非常稳定的电流检测。

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高精度的电流检测

高精度电流检测,会受到环境温度的影响而变化,如在车载等严酷的使用环境下,或在要求可靠性的设备中。通常电阻值越低,电阻的温度系数越高,而GMR50作为一个低阻值的产品也能实现出色的电阻温度系数,从而实现高精度的电流检测。

下图为GMR50电阻器的电阻温度系数实测值,从图中可以看出在5-220mΩ间,GMR50电阻温度系数均可以达到25ppm/℃以内,保持非常低的温度系数,这主要得益于GMR50电阻体金属采用了非常高性能的合金金属,因此可以保证在低阻值范围内也实现非常低的电阻温度系数,实现高精度的电流检测,有助于提升设备使用的可靠性。

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ROHM分流电阻器开发路线

吴波介绍ROHM分流电阻器会秉承小型化、大功率的发展方向扩充其产品阵容。以GMR系列来讲,会由目前的5W扩充到未来的10W产品;PSR系列将来由5W提升到15W,同时为了保证额定功率在5W的前提下进一步缩小封装,ROHM还会有4引脚型封装推出,这意味着在保证额定功率的前提下,贴片面积会更小;同时PMR和LTR系列电阻器也是由现在的2W提升到3W。吴波再次强调大功率、小型化是ROHM的主要发展方向。

目前ROHM电阻器主要营收来源于车载市场,但随着市场趋向信息娱乐、自动驾驶,共享服务、电气化的发展,除了分流电阻器以外,ROHM还将对其抗硫化耐浪涌等高可靠性的产品阵容进行不断扩充。

有意思的是,在产品展示区中电网记者还观察到,ROHM的有些产品仅有针孔那么点儿,需要用放大镜才可以看的清。正如吴波所讲,市场对电阻的需求正在趋向大功率小型化的方向。如何做到小型化和大功率两者兼顾呢?这便需要供应商在技术和材料上深度研发,正如ROHM 通用元器件生产本部电阻器制造部技术主管后藤阳一先生所分享的,GMR50在研发过程中也遇到一些难点,比如,当芯片小型化后散热问题如何解决?继续采用GMR100设计思路显然已不能满足要求,因此他们在内部结构的分布上做了调整,使其具有更好的散热性,从而实现小型化。另外在电阻体材料上采用高性能合金材料,使电极的粘合性更好。

追溯到1958年东洋电具制作所成立时就是以电阻起家,1981年更名为ROHM,至今已开发出多种世界级首款产品。正是因为ROHM在行业内60多年的技术沉淀和优势以及其垂直整合型制造体系,从研发到制造、生产完全由ROHM独立完成,才拥有非常强的产品可追溯性,从而保证产品的可靠性。

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截止到2018年ROHM累计出货量达2.5兆个,其中车载和工业设备占65%,消费类电子占总出货量的25%,移动设备占10%。ROHM还表示,未来将继续致力于车载、工业设备领域的产品开发,在扩充分流电阻器产品阵容的同时,加强热仿真等支持体制,并与本公司拥有的各种功率器件和目前正在开发的运算放大器等产品相结合,提供只有综合性半导体制造商才有的独特解决方案。

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