LDO基础3-理解热性能-良许Linux教程网

在考虑应用性能时，纳入热性能因素可以进一步提升其表现。低压降稳压器 (LDO) 的运作原理在于将多余的功率转化为热量，以维持稳定的输出电压，因此，对于功耗较低或输入输出电压差较小的场景，这种集成电路尤为合适。因此，在选择适当的封装时，以确保最大限度地提高应用性能至关重要，这也是设计师们面临的挑战之一，因为最小的封装可能无法满足特定应用的要求。

在选择合适的 LDO 时，热阻 (RθJA) 是一个至关重要的考虑因素。RθJA 表示 LDO 在特定封装下的散热效率，数值越大，代表散热效果越差，而数值越小则表示器件的散热效率越高。通常情况下，封装尺寸越小，对应的 RθJA 值也越大。以 TPS732 为例，不同封装下的热阻值存在差异：小型的 SOT-23 (2.9mm x 1.6mm) 封装的热阻为 205.9°C/W，而 SOT-223 (6.5mm x 3.5mm) 封装的热阻则为 53.1°C/W。这意味着，当 TPS732 消耗 1W 功率时，其温度将分别上升 205.9°C 或 53.1°C。这些数值可以在器件的数据表中的“热性能信息”部分找到，具体可参考表 1。

热性能信息

表 1：不同封装对应的热阻。

是否选择了适合的封装？

建议的 LDO 工作结温介于 -40°C 至 125°C 之间；同样，可以在器件数据表中查看这些值，如表 2 所示。

表 2：建议的工作结温。

这些建议的温度表示器件将按数据表中“电气特性”表所述工作。可以使用公式 1 确定哪种封装将在适当的温度下工作。

其中 TJ 为结温，TA 为环境温度，RθJA 为热阻（取自数据表），PD 为功耗，Iground 为接地电流（取自数据表）。

下面给出了一个简单示例，使用 TPS732 将 5.5V 电压下调至3V，输出电流为 250mA，采用 SOT-23 和 SOT-223 两种封装。

PD=[(5.5V-3V) x 250mA] + (5.5V x 0.95mA) = 0.63W
SOT – 23: TJ = 25°C + (205.9°C/W x 0.63W) = 154.72°C
SOT – 223: TJ = 25°C + (53.1°C/W x 0.63W) = 58.45°C

热关断

结温为 154.72°C 的器件不仅超过了建议的温度规范，还非常接近热关断温度。关断温度通常为 160°C；这意味着器件结温高于 160°C 时会激活器件内部的热保护电路。此热保护电路会禁用输出电路，使器件温度下降，防止器件因过热而受到损坏。

当器件的结温降至 140°C 左右时，会禁用热保护电路并重新启用输出电路。如果不降低环境温度和/或功耗，器件可能会在热保护电路的作用下反复接通和断开。如果不降低环境温度和/或功耗，则必须更改设计才能获得适当的性能。

一种比较明确的设计解决方案是采用更大尺寸的封装，因为器件需要在建议的温度下工作。

下文介绍了有助于最大程度地减少热量的一些提示和技巧。

增大接地层、VIN 和 VOUT 接触层的尺寸

当功率耗散时，热量通过散热焊盘从 LDO 散出；因此，增大印刷电路板 (PCB) 中输入层、输出层和接地层的尺寸将会降低热阻。如图 1 所示，接地层通常尽可能大，覆盖 PCB 上未被其他电路迹线占用的大部分区域。该尺寸设计原则是由于许多元件都会生成返回电流，并且需要确保这些元件具有相同的基准电压。最后，接触层有助于避免可能会损害系统的压降。大的接触层还有助于提高散热能力并最大限度地降低迹线电阻。增大铜迹线尺寸和扩大散热界面可显著提高传导冷却效率。

在设计多层 PCB 时，采用单独的电路板层（包含覆盖整个电路板的接地层）通常是个不错的做法。这有助于将任何元件接地而不需要额外迹线。元件引脚通过电路板上的孔直接连接到包含接地平面的电路板层。

安装散热器

散热器会降低 RθJA，但会增大系统尺寸、增加系统成本。选择散热器时，底板的尺寸应与其所连接的器件的尺寸相似。这有助于在散热器表面均匀散热。如果散热器尺寸与其所连接器件表面的尺寸不尽相同，热阻会增大。

考虑到封装的物理尺寸，SC-70 (2mm × 1.25mm) 和 SOT-23(2.9mm × 1.6mm) 等封装通常不与散热器搭配使用。另一方面，可以将晶体管外形 (TO)-220 (10.16mm × 8.7mm) 和TO-263 (10.16mm × 9.85mm) 封装与散热器搭配使用。图 2 显示了四种封装之间的差异。