確定線性穩(wěn)壓器的包裝限制范圍

工程師喜歡低壓差 （LDO） 線性穩(wěn)壓器，因?yàn)樗鼈兒唵?、易于使用、價(jià)格低廉和低噪聲。典型的線性穩(wěn)壓器僅需要幾個(gè)外部電容器和電阻器即可完全實(shí)現(xiàn) DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

通常，工程師根據(jù)數(shù)據(jù)表前面列出的一些規(guī)格來選擇線性穩(wěn)壓器，這些規(guī)格概述了穩(wěn)壓器的工作范圍，例如輸入電壓范圍、輸出電壓、輸出電流和壓差。然后，工程師通常會尋找的封裝尺寸，以使整體解決方案的尺寸化。

問題就在這里。包裝的熱特性可能會對數(shù)據(jù)表中列出的操作范圍施加限制。

例如，TPS73401 線性穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)表指出，輸入電壓范圍為 2.7V 至 6.5V，輸出電壓可設(shè)置為 1.2V 至 6.3V 之間的任意值，并且該器件可提供高達(dá) 250mA 的輸出電流并采用 5 引腳 TSOT23（或 6 引腳 SON）封裝。根據(jù)這些規(guī)格，線性穩(wěn)壓器的工作包絡(luò)線可以繪制如下圖 1所示。

圖 1. 數(shù)據(jù)表隱含的線性穩(wěn)壓器工作區(qū)域

上圖 1中的 X 軸 是輸入電壓減去輸出電壓，或者更簡單地說是線性穩(wěn)壓器兩端的壓降。工作窗口 X 軸的下端受到線性穩(wěn)壓器的壓差電壓的限制，而上端則受到穩(wěn)壓器可支持的輸入電壓和輸出電壓的限制。

Y 軸是指定調(diào)節(jié)器的負(fù)載電流。然而，這個(gè)理想的工作范圍沒有考慮功耗，因此也沒有考慮器件在任何這些工作點(diǎn)上的結(jié)溫升。必須進(jìn)行熱分析才能充分了解實(shí)際操作范圍。

熱分析的步是確定線性穩(wěn)壓器的功耗。

線性穩(wěn)壓器消耗的功率是一個(gè)相當(dāng)簡單的計(jì)算。穩(wěn)壓器兩端的電壓降乘以流經(jīng)穩(wěn)壓器的負(fù)載電流會消耗功率。

由于運(yùn)行內(nèi)部邏輯和控制功能所需的靜態(tài)電流，會產(chǎn)生額外的功率損耗。該功率損耗就是靜態(tài)電流或接地引腳電流乘以輸入電壓。線性穩(wěn)壓器總功耗的公式如下面的公式 1所示。

許多較舊的標(biāo)準(zhǔn)線性穩(wěn)壓器（非低壓差）是使用雙極晶體管實(shí)現(xiàn)的。雙極晶體管要求電流始終流入基極，以便使晶體管偏置導(dǎo)通。該基極電流增加了線性穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流或接地引腳電流。這些舊器件的接地引腳電流可能在數(shù)十毫安范圍內(nèi)，這明顯增加了線性穩(wěn)壓器的功耗。

大多數(shù)新型 LDO 線性穩(wěn)壓器都是使用 MOSFET 而不是雙極晶體管來實(shí)現(xiàn)的。MOSFET 不需要恒定的柵極電流，因此靜態(tài)電流通常非常小。在這種情況下，上面等式 1的一項(xiàng) （包括接地引腳電流）與項(xiàng)相比可以忽略不計(jì)，可以忽略不計(jì)。分析的下一步是確定線性穩(wěn)壓器的結(jié)溫。簡單的方法是將功耗乘以所用封裝的熱阻抗，從而產(chǎn)生溫升?？梢詫⑵涮砑拥诫娐钒逯車諝獾沫h(huán)境溫度中以計(jì)算結(jié)點(diǎn)溫度。