关于高压线性稳压器的功耗与发热探讨

10 月 20 日上午，立锜科技和大联大诠鼎集团合作在网上进行了一场研讨会，会议主题是关于快充技术和相关应用的，我们的公众号也对此进行了提前预告，不知道你参与了没有？

这次研讨会的主讲者是我给大家介绍过的 Roland，他是立锜科技驻欧洲地区的 FAE 主管，是一位经验丰富又有分享热情的技术高手，中文说得特别好，每次出场都是干货满满，常常能给观众或是读者留下很深的印象，我在翻译他的文章过程中也是收获良多，这个过程甚至让我养成了一个习惯，遇到感兴趣的英文内容常常就直接做翻译，确保自己能够准确理解作者的意思，因为深入的思考常常带来一些意外的收获，不是吃快餐的方式能够直接替代的，而翻译过程就有这样的效果。这次会议的参加者有很多，甚至在大联大主办过的会议中是创了纪录的，可惜我错过了第一时间观看的机会，只能另外抽时间补看了，因为会议内容是可以在网上回看的。

我在这场会议的答问记录中发现观众提问多达 325 条，现场得到回复的有 218 个，没来得及回答的剩余部分则会在会后再予以回复，所以我觉得协助会议进行的同事们也很辛苦，没有他们还真的是不行。我虽还没有观看演讲内容，但这些答问信息也给了我耳目一新之感，过去所知的规范内容已经有了许多更新，立锜的产品开发也到了全新阶段，满足新需求的产品已经或正在陆续到来，不追踪可能还真是不行，因为外面已经变天了，我不能拿着老皇历看新时代。

虽然世界的表现形式一直在变化，基本的物理规律却是不会随着人的意志而发生变化的，这是我们技术工作者的幸运之处，因为只要你抓住了根本，外观的表现变化再大也是能被你所理解并掌握的。前段时间写了一篇反映高压线性稳压器局限性的文章，里面提到在将 60V 的高压加到 RT9072 的输入端以得到 3.3V 输出时，如果负载电流为持续的 20mA，RT9072 就会热到受不了，必须先用 Buck 转换器将高压转换为低压再后接线性稳压器，发热问题才能得到解决。

然后我又另外举了一个例子，假如同样环境下的 RT9072 的负载是脉冲负载，仅仅会在每一秒钟的很短时间里会有 20mA 的负载，这时候的 RT9072 就能承担了。因为这样的表达方式，有读者留言问这是否意味着 RT9072 的 20mA 只能偶尔出现、不能持续出现，我的回答是这样的理解是不完整的，现在就再把这个问题拿来聊一下。

我们先来看公式：

这是用来计算上面所说满载条件下的 RT9072 所承载的功耗的计算公式，计算结果的单位为 W。因为 1.134W 的功耗超过了 RT9072 的封装所能够承载的最大功耗 0.45W，所以 RT9072 是不能在这一条件下工作的。现在我们就以 0.45W 的最大功耗作为限制指标，在输出电压、负载电流不变的情况下，看看输入电压的可用范围是什么。根据这一诉求，我们可以列出如下不等式：

经过简单的变换就可以得到如下结果：

这个意思就是说，在输出电压等于 3.3V、负载电流等于 20mA 的情况下，只要输入电压低于 25.8V，RT9702 就能承受这个工作条件，它就能在这样的条件下工作。同样的，假如保持负载电流不变，同时选定一个高于 25.8V 的输入电压，你也可以得到一个 RT9702 可以承受的稳定输出电压，但这个数据就不会是 3.3V 了，它必须是高于 3.3V 的另外一个数据，这个结论也是根据上述的计算公式变换得来的。如果我们再进一步在上面的数据上下功夫，还可以发现我们可以对 0.45W 的最大功耗做点动作，因为它也是一个可变的东西。实际上， 0.45W 是 RT9072 所采用的 SOT-23-5 封装的最大耗散功率，其定义在规格书里有给出来：

这个公式的右边有三个物理量，TJ（MAX） 是容许的最高结温，TA 是环境温度，θJA 是从 RT9072 的内核到周围环境之间的热阻。RT9072 最主要的发热部位是其调整管的沟道，其温度用 TJ 表示。TJ（MAX） 是 IC 在工作过程中容许出现的最高温度，其值为 125℃，IC 在这个温度下的性能指标是能得到保证的，超过以后就不好说了。为了确保 IC 不会被高温损坏，它的内部会有一个测温电路，当其发现 TJ 超过 150℃ 时会发起过热保护，实际上就是将其输出完全关掉，退出了正常输出的状态，此后已经形成的热量还会继续通过所有的渠道向周围环境释放，等到 TJ 回落 20℃ 以后又会重新尝试着启动输出。

热阻对热的传播的意义与电阻对电荷的移动的阻碍作用类似，如果热阻越小，热量的传导就越容易，相同功率的发热量所带来的温升就越小。采用 SOT-23-5 封装的 RT9072 在被焊接到符合 JEDEC 51-7 标准所定义的四层 PCB 板上时，IC 内核到周围环境之间的热阻是 218.1℃/W，而这里所谓的周围环境是指 25℃ 的稳定空气，如果你能将所用 PCB 的散热能力做得比 JEDEC 51-7 标准所规定的更好，最简单的做法就是加大焊盘面积、增加热传导孔等等，你甚至还可以给它装上散热片，使用散热风机等等，这样就可以把热阻减小，RT9072 的功率耗散能力就会进一步增加，反之则就会下降。

上图是 RT9072 规格书里给出来的降额使用曲线，即当环境温度高于 25℃ 时，处于标准环境之下的最大功率耗散能力就会相应降低，设计师在设计时就必须考虑到这一点，避免出现应用中的过热现象。相反的，如果你能将环境温度降下去，RT9072 的功率耗散能力就能提高，过热现象也就不容易出现了。讨论过了负载连续情况下的发热问题，让我们再来审视一下非连续负载的情况。我们说过的 RT9072 负载不连续的工作参数是这样的：输入电压为 60V，输出电压为 3.3V，负载电流以 1s 为周期进行变化，其中只有 10ms 的负载是 20mA，另外的 990ms 都是 0.1mA，则落在 RT9072 上的平均功耗为

即 0.0169533W，这个数据远小于 0.45W，所以 RT9072 就可以在这样的脉动负载下工作。现在我们尝试着将负载电流的变化周期进行一下修改，例如将 1s 改变成 100s 或 1000s 甚至更多，但是脉冲负载出现的时间占比依然不变，则平均功耗的计算公式之计算结果就不会发生任何变化，请问 RT9072 的工作状态又会不会有任何变化呢？这个问题就不再这里继续聊了，仅供有兴趣者思之。

责任编辑：haq