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小身材,高功率,羅姆半導體發布全新GMR50分流電阻器

2019-11-28
作者:王小偉
來源:ROHM新品發布會

分流電阻器作為檢測電流的用途在車載和工業設備上被廣泛采用。隨著汽車高性能化和電動化的普及,在部件數量增加、開展高密度安裝的趨勢下,也要求分流電阻器向小型大功率方向發展。

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眾所周知,實現4W的額定功率,分流電阻器一般需要6.4*3.2mm的封裝,在PCB這個寸金的載體上,如果能在5.0*2.5mm的封裝下實現4W的額定功率,需要怎么做?日前,全球知名半導體制造商羅姆半導體發布了GMR家族的新成員GMR50,小型化、散熱性能優異是這款分流電阻器的標簽,“此次開發的GMR50系列以5025尺寸在世界范圍內率先實現了4W化”,羅姆半導體通用元器件生產本部電阻器制造部組長田中幸作先生在發布會上向媒體描述到,“該產品非常適用于車載和工業設備中電機、電源電路的電流檢測?!?/strong>

羅姆電阻器的開發趨勢  羅姆電阻器針對市場上大功率和節省空間的要求,不斷地擴充著分流電阻器以及高可靠性電阻器的產品陣容。具體來說,分流電阻器的額定功率在不斷的提高,GMR系列的電阻器現在可以做到3-5W,未來最大做到10W;PSR系列現在最高是5W,未來可以提升到15W;同時PMR和LTR系列電阻器也可由現在的2W提升到3W。

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高可靠性的電阻器也是同樣的,在保持封裝大小不變的情況下,提高額定功率,或者做小型化的封裝的時候,保持抗浪涌能力不變,或者是抗硫化性能的提高,這都是羅姆針對車載市場專門的技術優點。

為什么需要小型化的電阻  以車載市場為例,作為一體化的一個移動服務載體,汽車上面集中的功能越來越多,對各種元器件的要求也發生了變化。對分流電阻器以及高可靠性電阻器的需求越來越多,特別是要求能夠支持大電流的檢測回路,包括在高溫下也能實現比較穩定的電流檢測精度以及封裝小型化,基于這種需求下羅姆GMR系列電阻應運而生。

GMR50是世界上首次以5.0*2.5mm尺寸實現了4W額定功率的分流電阻器,在端子溫度90時可以達到4W,端子溫度110度時仍然可以達到3W的高功率,阻值范圍5-220毫歐,使用溫度范圍負55度到170度。它的具體優勢主要體現在:

1、通過高散熱結構,大幅改善PCB板的散熱性,并保證額定功率4W

可靠性對于電阻器來說重要的一點就是散熱設計,因為隨著PCB上功能進一步集成化,元器件的散熱環境越來越惡化。GMR50電阻器是在GMR100的基礎上進行開發的,貼裝面積減小39%,小型化之后需要解決散熱的問題,針對這一課題,羅姆工程師對GMR50電阻器內部的結構分布做了很好的調整,通過改進了電極結構以及優化元件內部設計,大幅提到散熱性;對電極某一部分材料做一些變更,從而在施加比較大應力的時候使電極的粘合性更好,所以能夠保證一個小尺寸的情況下也能達到額定功率4W。

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羅姆所支持的散熱設計不僅是針對單顆的電阻器,是可以針對整個PCB板進行整體的熱仿真,來提供一些相應的散熱對策。上圖是羅姆公司以FlothermTM專門的熱仿真軟件做的一個GMR50電阻和羅姆以往產品的溫升對比。在同樣施加2W的功率前提下,表面溫升降低了57%;在貼裝面積減小39%的尺寸下施加功率達到4W的時候它的表面溫度比普通產品還要再低20度,它的可靠性得到進一步提升。

2、通過提高耐受性,可實現穩定的電流檢測

分流電阻器的作用就是提供穩定、精確的電流檢測功能,不僅在正常工作情況下,特別是在檢測對象發生了一些對地短路或者對電源短路等的故障,導致電阻器上流過大電流,過負荷的時候,也必須要保證電阻器它的電阻變化率比較小,才能保證過流?;げ換崳蠖?。

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上圖是普通的電阻器和GMR50電阻器過負載試驗的比較,這兩個產品同樣都是4W額定值產品,可以看到在施加功率逐漸增加的時候,GMR50的電阻變化率仍然是在0.5%以內,非常利于客戶工程師的過流?;ど杓?。

3、在低阻值范圍內也實現了出色的電阻溫度系數

電阻溫度系數指的是溫度變化一度,實際阻值相對于標稱阻值的一個變化量,也就是溫度變化的時候阻值的波動,其反映了電阻對溫度的依存性,這個波動越小,實際檢測到的值越準確。一般來說電阻值越低,電阻溫度系數相對來說比較高。作為一個5-220毫歐的低阻值產品,GMR50采用了高性能的合金金屬電阻體,從而可以保證在低阻值范圍內也能實現非常低的電阻溫度系數,從而實現高精度的電流檢測,并提升設備整體的可靠性。

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上圖顯示從5毫歐一直到220毫歐,GMR50電阻溫度系數的實測可以達到25ppm/攝氏度以內。

“電阻器這種產品貫徹了羅姆一貫的垂直整合型制造體系”,羅姆半導體(北京)有限公司技術中心高級工程師吳波先生介紹到,“不僅作為羅姆的一個創業產品,實際上是作為羅姆非常有特色的一系列產品不斷得到繼承和發展的?!?/strong>羅姆重點關注的領域主要集中在功率元器件、模擬電源IC、通用元器件三大方面。各類通用元器件整體的市場出貨量都位居世界前列,以壓倒性的供應能力來向客戶提供最新技術的高品質產品,截止到2018年的出貨量達到2.5萬億個,主要集中市場是在車載和工控,整體出貨量達到65%;在其他的一些移動設備或者是其他消費類產品加在一起35%左右。

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