LDO使用中特別需要關(guān)注熱耗的影響

一、LDO簡(jiǎn)介

LDO，其實(shí)LDO是線性電源的一種，即Low drop out低壓降的線性電源，這個(gè)dropout是線性電源的一個(gè)重要特性，行業(yè)內(nèi)最低好像能實(shí)現(xiàn)50mV的壓降，即輸入3.35V，輸出可以做到輸出3.3V。

LDO主要特征如下，這些特征使得LDO具有很廣泛的應(yīng)用：

1）輸入電流≈輸出電流。

2）輸出干凈，紋波非常小，高頻噪聲比較低。

3）能夠抑制低頻段噪聲，抑制能力很強(qiáng)。

4）LDO自身消耗的功耗相對(duì)較大，其自身功耗≈（輸入電壓—輸出電壓）*輸入電流，PD≈(VIN-VOUT)*IOUT。

5）LDO一般可用于模擬電路的供電，推薦小于0.5W以下的供電需求使用。

二、LDO基本選型要素

1）輸入電壓范圍VIN；

2）輸出電壓范圍VOUT；

3）輸出電流大小IOUT；

4）輸入輸出壓差VDO；

5）靜態(tài)電流；

6）其他功能如輸出使能引腳、軟起動(dòng)引腳、偏置電壓引腳等。

除了以上的選型要素，LDO雖然電路非常簡(jiǎn)單，但是在使用過程中還有蠻多的注意事項(xiàng)，下文提到的熱耗就是一個(gè)特別重要的LDO設(shè)計(jì)考慮要素。

三、LDO熱耗定義相關(guān)說明

1、與熱耗相關(guān)的一些溫度參數(shù)

上圖是一個(gè)LDO器件焊接在PCB上的一個(gè)示意圖，里面展現(xiàn)了與溫度相關(guān)的一些參數(shù)以及位置說明。

2、與熱耗相關(guān)的一些熱阻參數(shù)，熱阻代表單位功耗下，兩個(gè)不同位置之間的溫度差，表征芯片兩個(gè)位置之間熱傳導(dǎo)的能力。

3、與熱耗相關(guān)的結(jié)溫的不同計(jì)算方法，結(jié)溫是LDO器件內(nèi)部溫度，是我們考慮熱耗最終衡量的目標(biāo)。

四、常用LDO熱耗示意說明（選取項(xiàng)目中常用的兩個(gè)器件，也是本文的動(dòng)機(jī)）

1、LTM4615

4615支持2路4A的DC/DC輸出和1路1.5A的LDO輸出，這里舉例應(yīng)用如下：

DC/DC通道1：輸入5V，輸出2.5V，輸出電流1.2A；

DC/DC通道2：輸入5V，輸出1.8V，輸出電流1A；

LDO通道：輸入3.3V，輸出1.5V，輸出電流0.4A；

1）計(jì)算LTM4615的熱耗

對(duì)于DC/DC通道來說，其熱耗主要跟DC/DC的轉(zhuǎn)換效率有關(guān)，參照上表可知，DC/DC通道1的熱耗＜0.6W@1.2A，DC/DC通道2的熱耗＜0.5W@1A。

對(duì)于LDO通道，根據(jù)公式PD≈(VIN-VOUT)*IOUT，則熱耗PD≈（3.3-1.5）*0.4=0.72W。

則總的熱耗≈0.6+0.5+0.72=1.82W。

2）計(jì)算LTM4615的溫升

對(duì)于LTM4615來說，考慮最惡劣情況（無風(fēng)、無底部散熱器），RθJA=15（℃/W），則根據(jù)公式TJ = TA + RθJA * PD，其中TA為產(chǎn)品環(huán)境溫度，一般環(huán)境要求高溫為70℃（實(shí)際產(chǎn)品內(nèi)部環(huán)境溫度會(huì)更高，eg：80℃），TJ = 80 + 15 * 1.82 = 107.3℃，滿足＜120℃的結(jié)溫要求（一般最高為125℃結(jié)溫）。

綜上：LTM4615使用時(shí)，DC/DC-1：輸入5V，輸出2.5V，輸出電流1.2A；

DC/DC-2：輸入5V，輸出1.8V，輸出電流1A；LDO通道：輸入3.3V，輸出1.5V，輸出電流0.4A；滿足使用要求。

但是若LD0通道：選擇輸入3.3V，輸出1.5V，輸出電流1A時(shí)，LDO的熱耗PD≈（3.3-1.5）*1=1.8W，總功耗則≈0.6+0.5+1.8=2.9W。TJ = 80 + 15 * 2.9 = 123.5℃，則不滿足＜120℃的結(jié)溫要求，此時(shí)雖然該LDO的總輸出電流1A＜LDO的額定輸出1.5A，但使用時(shí)仍存在隱患。因此在使用LDO時(shí)一定要關(guān)注LDO的熱耗,盡可能壓降小一點(diǎn)。

2、TPS74401

TPS74401支持1路3A的LDO輸出，這里舉例應(yīng)用如下：

LDO通道：輸入2.5V，輸出1.2V，輸出電流1A,選用封裝為RGW(QFN)；

1）計(jì)算TPS74401的熱耗

對(duì)于LDO通道，根據(jù)公式PD≈(VIN-VOUT)*IOUT，則熱耗PD≈（2.5-1.2）*1=1.3W。

2）計(jì)算TPS74401的溫升

對(duì)于TPS74401來說，考慮PCB尺寸為2in2，RθJA=45（℃/W），則根據(jù)公式TJ = TA + RθJA * PD，其中TA為產(chǎn)品環(huán)境溫度，一般環(huán)境要求高溫為70℃（實(shí)際產(chǎn)品內(nèi)部環(huán)境溫度會(huì)更高，eg：80℃），TJ = 80 + 45 * 1.3= 138.5℃，不滿足該器件結(jié)溫要求，存在高溫隱患。

3）驗(yàn)證TPS74401的溫升

在板子實(shí)際做出來后，可以通過測(cè)量TT或者TB，來進(jìn)一步驗(yàn)證TPS74401的結(jié)溫，用紅外測(cè)溫儀分別測(cè)量74401的封裝頂部中間位置的溫度TT以及距離74401周邊1mm的PCB板的溫度TB，分別進(jìn)行計(jì)算結(jié)溫。

TJ = TT + ΨJT * PD = ？+ 0.5* 1.3

TJ = TB + ΨJB * PD = ？+ 10.5* 1.3

通常來說兩種不同的方法測(cè)量計(jì)算出來的結(jié)果會(huì)比較匹配，如果不匹配，則可能具體哪個(gè)參數(shù)出現(xiàn)了變化。且一般ΨJT、ΨJB會(huì)比RθJA計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。

五、降低熱阻的常見做法

通過上面的分析我們知道，對(duì)于LDO來說，其熱耗是其非常重要，需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)指標(biāo)，熱耗*熱阻等于結(jié)溫溫升，結(jié)溫溫升限制了LDO的使用溫度范圍。因此除了常見的通過降低LDO的輸入輸出壓降、輸出電流控制熱耗外，還可以通過降低熱阻來進(jìn)行優(yōu)化，其具體做法包括：

1）通過PCB布局優(yōu)化，LDO遠(yuǎn)離發(fā)熱器件；

2）通過PCB布線優(yōu)化，LDO的輸入輸出端的銅皮盡可能大一點(diǎn)，底部散熱焊盤的散熱過孔等；

3）通過散熱冷板優(yōu)化，通過散熱冷板進(jìn)行傳熱以降低RθJA；

4）根據(jù)不同熱耗需求選擇不同封裝的LDO。

5）還可以在LDO輸入端串接電阻分散熱耗，但需要注意電阻選型。