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LDO線性穩壓器決定實際輸出電流的要素分析

454398 ? 來源:techclass ? 作者:techclass ? 2020-12-20 11:56 ? 次閱讀

LDO線性穩壓器的G系列、H系列、I系列,產品陣容共擁有91種機型。輸出電壓有可變型0.8V~13V,及固定型從1V到12V的共14種電壓,輸出精度高達1%。輸出電流有0.3A~1.5A共4種電流,這些組成強大矩陣。

這些系列的產品陣容與規格如下。

該表中可獲得最大輸出電流的是H系列的1.5A產品,例如,7V輸出的產品可獲得10.5W的輸出功率。

然而,實際上受諸多條件的影響有時無法達到目標值,這點大家應該都有認知。基本上電源IC代表性的處理較大功率的IC,依賴于熱所能獲得的功率有限。準確的說,芯片的溫度Tj不可超過最大額定Tj max,因此需要在Tj max以內使用。線性穩壓器的Tj計算公式如下。

Tj=自身發熱+Ta
=(熱阻θja×功耗W)+Ta
={θja×(輸入輸出電壓差×輸出電流)W}+ Ta

該公式中,為方便闡述,在功耗中未包括自身功耗。嚴格地講,必須追加(輸入電壓×自身消耗電流)量的功率,但因自身消耗電流較小,輸出電流較大時輸出功率占主要地位。

實際使用時,輸出電壓必須達到指定的電壓,因此需要考慮的問題是是否可獲得輸出電流即所需的負載電流。在進行其計算之前,必須提前考慮存在其他可調整的項目與無法/較難調整的項目。當然,Tj max無法變更。

輸入輸出電壓差是影響較大的要素。然而,可獲得的電壓(輸入電壓)大致已經確定。要想使用1個線性穩壓器,準備使條件變好的輸入電壓源并非普通。換句話說,輸入輸出電壓差正常情況下也是無法變更的項目。

Ta由于有所設計設備的溫度規格,因此,設備的溫度規格如果確定為0℃~50℃,則Ta的最大值為50℃,或考慮到是殼體內,因發熱導致殼體內的溫度上升,因此以加上這部分的Ta進行計算。允許通過風扇等進行冷卻時,使用該條件下的Ta,但基本上可以認為Ta是無法進行太多調整的項目。

其結果是,通常受發熱限制無法獲得所期望的輸出電流時,降低熱阻是最好的對策。降低熱阻的方法有:使用熱阻低的封裝的IC,使用安裝PCB板采用多層結構等散熱特性好的產品,以及安裝散熱器等。考慮到最近包括外形尺寸在內的節省空間要求,很多情況下較難安裝散熱器,因此需要探討封裝與PCB板散熱。

該線性穩壓器的新系列,已采用在背面散熱板露出的HTSOP-J8封裝(4.9×6.0×1.0mm)。通過將該封裝的散熱板焊接在考慮到散熱的PCB板上,可使熱阻得以大幅改善。下面是HTSOP-J8封裝的容許損耗圖表。

o4YBAF_eypGAGye7AAFqeuGcQuI366.png

假設前面舉例的7V /1.5A輸出時的輸入電壓為12V時,計算如下。Tj max為150℃。

輸出功耗=(12V-7V)×1.5A=7.5W

從圖表可知,最大的容許損耗為3.76W(⑤的條件,θja=33.3W/℃),因此該輸出電流下無法使用。此時的自身發熱為7.5W×33.3℃≒250℃,在探討Ta之前就以被徹底淘汰。

假設Ta為50℃,則熱阻最低的⑤的條件下的容許功率為3W。進行逆運算可知0.6A是該條件下的極限。如果熱阻可以進一步降低,同樣進行逆運算,(Tj max 150℃-Ta 50℃)÷7.5W=13.3℃/℃,因此這個如果能實現,則可獲得1.5A。

粗略的說,決定實際的輸出電流的要素為Tj,即發熱與環境溫度。順便提一下,在該條件下,使用1.5A產品和使用1A產品的結果是相同的,沒有任何變化。
編輯:hfy

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