低壓線性穩(wěn)壓器（LDO）的應(yīng)用技巧

熱力學(xué)中常犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是選擇和線性穩(wěn)壓器一樣簡易的裝置。當(dāng)設(shè)計(jì)即將應(yīng)用時(shí)，設(shè)計(jì)師通常會(huì)意識到這個(gè)錯(cuò)誤。更糟的是，由于新型線性穩(wěn)壓器的新功能和規(guī)格，封裝中消散的功率很容易被忽視。 這讓穩(wěn)壓器的運(yùn)行溫度會(huì)超過其額定溫度，在實(shí)際使用中會(huì)引發(fā)故障。
線性穩(wěn)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(fù)荷之間形成一個(gè)分壓器。

圖1. 線性穩(wěn)壓器框圖。

注意，旁路元件將在其自身和負(fù)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(fù)荷，則可以將其簡化并模擬用于圖2所示的熱目的。當(dāng)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(dá)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(wěn)壓器產(chǎn)生過多的熱量。運(yùn)用我們都知道的歐姆定律（V = I * R）重新考慮一下，“當(dāng)功率變成只有100毫安，或50毫安，或更小的情況的時(shí)候?！睍?huì)使電路更加安全，因此規(guī)律在不知不覺中便得到了印證。

圖2. 穩(wěn)態(tài)下簡化模式的線性穩(wěn)壓器可以顯示功率耗散的位置。

這是我在第一級用來尋找線性穩(wěn)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(jì)算功耗，則可非?？焖俚剞D(zhuǎn)到選擇封裝尺寸的問題上來。
1. 計(jì)算功耗。線性穩(wěn)壓器僅僅是用來將額外的電壓降轉(zhuǎn)換成熱量的一個(gè)可變電阻器：
Pd= (Vi-VOUT)*IOUT（等式1）
2. 計(jì)算設(shè)計(jì)期望最大工作溫度所需的θjA。θjA是相對于環(huán)境溫度的結(jié)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(jié)溫（有些部件的最高結(jié)溫可能較低，需在數(shù)據(jù)表上確認(rèn)）條件下計(jì)算出來的。所需θjA應(yīng)為如下方程式：
≤（最高結(jié)溫 - 最高工作溫度）/Pd（等式2）。
1) 濾掉封裝中的器件，這樣θjA比滿足此初始結(jié)溫要求的上述計(jì)算結(jié)果要低。在最高結(jié)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(shè)計(jì)實(shí)踐。
2) 只要根據(jù)熱需求對該清單進(jìn)行縮減，則可以大大降低實(shí)現(xiàn)其它功能的難度，如：快速瞬態(tài)響應(yīng)、良好的電源狀態(tài)、使能、低噪音等。
3) 測試最終結(jié)果！在實(shí)驗(yàn)室使用熱電偶測試一分鐘比花費(fèi)數(shù)小時(shí)計(jì)算更有價(jià)值。
使用該熱計(jì)算器可簡單計(jì)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(xiàn)能夠讓您更深入了解這個(gè)話題，并介紹了影響熱設(shè)計(jì)的更多其它因素。
參考文獻(xiàn)
Siva Gurrum和Matt Romig “使用用于模擬組件的熱計(jì)算工具，” 申請報(bào)告（SLUA566），德州儀器，2010年9月。