LDO的基础特性——热关断-电子发烧友网

1、前言

若将热性能纳入考量，可以进一步提高应用的性能。低压降稳压器（LDO）的特性是通过将多余的功率转化为热量来实现稳压，因此，该集成电路非常适合低功耗或 VIN 与 VOUT 之差较小的应用。考虑到这一点，选择采用适当封装的适当 LDO 对于最大程度地提高应用性能至关重要。这一点正是令设计人员感到棘手之处，因为最小的可用封装并不总能符合所需应用的要求。

2、热性能信息

选择 LDO 时要考虑的最重要特性之一是其热阻（RθJA）。RθJA 呈现了 LDO 采用特定封装时的散热效率。RθJA 值越大，表示此封装的散热效率越低，而值越小，表示器件散热效率越高。

封装尺寸越小，RθJA 值通常越大。例如，TPS732 根据封装不同而具有不同的热阻值：小外形晶体管（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）封装的热阻为 53.1°C/W。这意味着 TPS732 每消耗 1W 功率，温度就会升高 205.9°C 或 53.1°C。这些值可参见器件数据表的“热性能信息”部分，如表 1 所示。

表 1：不同封装对应的热阻

3、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 建议的工作条件

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。

公式 1 TJ = TA + （RθJA × PD ）

PD =［（VIN − VOUT）× IOUT］+（VIN × Iground）

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

4、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。

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。

5、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

5.1 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。