低壓線(xiàn)性穩壓器（LDO）的應用技巧

熱力學(xué)中常犯的一個(gè)錯誤就是選擇和線(xiàn)性穩壓器一樣簡(jiǎn)易的裝置。當設計即將應用時(shí)，設計師通常會(huì )意識到這個(gè)錯誤。更糟的是，由于新型線(xiàn)性穩壓器的新功能和規格，封裝中消散的功率很容易被忽視。 這讓穩壓器的運行溫度會(huì )超過(guò)其額定溫度，在實(shí)際使用中會(huì )引發(fā)故障。

線(xiàn)性穩壓器基本上由一個(gè)旁路元件和一個(gè)控制器組成。該元件是一個(gè)晶體管，可以在控制回路的幫助下成為可變電阻器，從而在旁路元件和負荷之間形成一個(gè)分壓器。

圖1. 線(xiàn)性穩壓器框圖。注意，旁路元件將在其自身和負荷之間形成一個(gè)分壓器，起到耗散功率的作用。

人們常常忽略了它并非一個(gè)神奇實(shí)體的事實(shí)： 旁路元件上的電壓會(huì )降低，并逐漸升溫。例如，如果圖1中的電路有100毫安的恒定負荷，則可以將其簡(jiǎn)化并模擬用于圖2所示的熱目的。當輸入電壓為5V，輸出電壓和功率分別為3.3V和100mA時(shí)，旁路元件耗散的功率將達到170MW。

那么，如果輸入電壓為24伏時(shí)，會(huì )發(fā)生怎樣的變化？此時(shí)的耗散功率為（24-3.3）×100 mA =2.07瓦。顯然，這樣的功率可能會(huì )使150毫安的微型穩壓器產(chǎn)生過(guò)多的熱量。運用我們都知道的歐姆定律（V = I * R）重新考慮一下，“當功率變成只有100毫安，或50毫安，或更小的情況的時(shí)候。”會(huì )使電路更加安全，因此規律在不知不覺(jué)中便得到了印證。

圖2. 穩態(tài)下簡(jiǎn)化模式的線(xiàn)性穩壓器可以顯示功率耗散的位置。

這是我在第一級用來(lái)尋找線(xiàn)性穩壓器的方法，就是要確定封裝，更重要的是確定封裝中的功率。如要計算功耗，則可非?？焖俚剞D到選擇封裝尺寸的問(wèn)題上來(lái)。

1. 計算功耗。線(xiàn)性穩壓器僅僅是用來(lái)將額外的電壓降轉換成熱量的一個(gè)可變電阻器：

Pd= (Vi-VOUT)*IOUT（等式1）

2. 計算設計期望最大工作溫度所需的θjA。θjA是相對于環(huán)境溫度的結點(diǎn)熱阻抗，基于印刷電路板（攝氏度/ W）的封裝，通常是在150℃的典型最大結溫（有些部件的最高結溫可能較低，需在數據表上確認）條件下計算出來(lái)的。所需θjA應為如下方程式：

≤（最高結溫 - 最高工作溫度）/Pd（等式2）。

1)濾掉封裝中的器件，這樣θjA比滿(mǎn)足此初始結溫要求的上述計算結果要低。在最高結溫時(shí)操作會(huì )影響其可靠性。視電路板、氣流、環(huán)境和附近的其他熱源而定，留一定的余量始終是一個(gè)很好的設計實(shí)踐。
2)只要根據熱需求對該清單進(jìn)行縮減，則可以大大降低實(shí)現其它功能的難度，如：快速瞬態(tài)響應、良好的電源狀態(tài)、使能、低噪音等。
3)測試最終結果！在實(shí)驗室使用熱電偶測試一分鐘比花費數小時(shí)計算更有價(jià)值。
使用該熱計算器可簡(jiǎn)單計算出熱量值。

可更深入地檢查熱分析，首次分析有助于濾掉無(wú)法正常工作的零件，并找出更可能正常工作的零件。下文提供的參考文獻能夠讓您更深入了解這個(gè)話(huà)題，并介紹了影響熱設計的更多其它因素。