原创 电源之LDO-3. LDO的热性能

2023-7-13 22:41 1209 6 3 分类: 模拟
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一、基本概念
        了解LDO热性能之前我们先了解以下的几个概念:
        ① 工作结温Tj(Operating Junction Temperature Range)工作状态时内核温度,一般的IC结温范围在(-40~125℃)或(-40~80℃)。
        ② 环境热阻系数(θJA)指内核到外部环境(空气)的热阻系数。
        ③ 封装热阻系数(θJC)指内核到封装表面的热阻系数。
        Tj==Ta+( θJA × P ) = Tc+( θJC × P ),其中Ta为环境温度,Tc为封装表面温度,P为IC耗散功率,即结温等于环境温度+环境中热阻系数*功率,或者结温等于封装表面温度+封装热阻系数热阻系数*功率。
二、LDO的热性能与什么有关?
        由基本概念我们可以得出:LDO的热性能与封装、功率、运行环境温度有关。下面我们举例分析。
        我们以萨科微公司的AMS1117-3.3为例,其数据手册提供的封装热阻系数如下:
图1 SOT-89封装

可以看出不同的封装热阻系数不同,由Tj==Ta+( θJA × P )得出,相同功率下,热阻系数越小,内核温度越低,也就越安全。同理可以得出,功率越小、环境温度越低内核越安全。
        例如,TO-252封装的AMS1117-3.3输入电压5V,输出功率1A,则P=(5-3.3)*1=1.7W,温升=θJA × P=125*1.7=212.5℃,即使在常温下内核温度等于212.5+25=237.5℃,远高于其内核最高温度125℃,意味着LDO会损坏。反过来计算,在5V输入电压、常温环境下,长时间输出电流不能大于(125-25)/125/(5-3.3)=0.47A,即电流不能超过0.47A。
    考虑到PCB空间,实际可能使用体积比TO-252更小的SOT223或SOT89封装,此时的长时间工作电流要更小,需要权衡使用。
  三、 如何提高LDO的热性能?
        ①  选择合适的封装,在PCB空间允许的情况下尽量选取大封装LDO。
        ②  降低输入与输出压差,在满足LDO最低工作压降(电源之LDO-2. LDO的压降)的情况下,可以在电源Vin与LDO输入引脚之间串联一个功率合适的电阻消耗部分电压。


图2 串联1Ω电阻消耗1W功率

        ③ 有必要的情况下可以在LDO表面贴装散热器。
        ④ 做好PCB散热,LDO布局时远离其他发热器件;增大LDO接地平面、Vin、Vout平面的面积。

作者: 硬件之路学习笔记, 来源:面包板社区

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文章评论3条评论)

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HGno1 2023-7-24 11:01

每天进步一点点: 公式TJ= Tc+( θJC × P )这个好理解,因为Tc是实测出来的。请问下,Tj==Ta+( θJA × P )这个公式是基于元器件悬空无散热条件的理论计算吗?  还是实际贴板后的 ...
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HGno1 2023-7-24 10:58

每天进步一点点: 公式TJ= Tc+( θJC × P )这个好理解,因为Tc是实测出来的。请问下,Tj==Ta+( θJA × P )这个公式是基于元器件悬空无散热条件的理论计算吗?  还是实际贴板后的 ...
Ta就是实际环境温度,他本身和散热是没关系的,比如一个手表的电路,他的工作环境就是气温,那Ta就是当时的气温。要是一个胎压监测电路,那Ta就是轮胎内的空气温度,设计的时候可以按照最高温度估算最大功率,Ta和Tc一样,按Tc算的时候实测器件表面温度,按Ta算的时候实测器件附近的空气温度。但有一点,因为本身器件工作后可能造成额外发热发散到空气中,如果是一个空气流动性不好的区域(例如胎压检测),这个额外发散到空气中的热量不会因为你散热方式而减小,相当于环境温度会因为电路工作而更高一点,所以预估实际功率需要保守一些。而如果按照Tc来计算或者估算的话,散热方式不同δJc确实不同,你的散热方式做的好的话,器件表面的温度就很低,相应的功率就可以提高一点。

每天进步一点点 2023-7-18 14:01

公式TJ= Tc+( θJC × P )这个好理解,因为Tc是实测出来的。请问下,Tj==Ta+( θJA × P )这个公式是基于元器件悬空无散热条件的理论计算吗?  还是实际贴板后的公式计算?   Tj=Ta+( θJA × P ) 公式上结温只和Ta, θJA , P 几个参数有关系,但是在实际使用中我们会采用不同散热方法对结温的影响才是最大的。  而有些元件的规格书却没有θJC , 只有θJA参数情况下,请问如何确定最大使用功率P呢? 以上谢谢
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