二级管降压、ldo电路热设计--管芯到环境的热阻

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1、二级管降压、LDO电路热设计谢家隆（jlongx@163.com）归根结底，只要能保证芯片的结点温度不超过芯片给定的最大值，芯片就可以正常工作。商业、工业用的芯片的环境温度要求一般都是：Ta-max小于70度。一、1N4001降压热计算管芯到环境的热阻 Rja/θja＝100K/W，实测二极管电流为0.4A，压降为0.8V，功耗P=0.4A*0.8V=0.32W，此功耗会使管芯温度升高0.32W×100K/W＝32K。假定环境温度为25℃，则管芯温度为25℃+32＝57℃，小于Tjmax＝150℃假定环境温度为70℃，则管芯温度为70℃+32＝1

2、02℃，小于Tjmax＝150℃综上，二极管可以正常工作。二、1117LDO热设计考虑5假设负载电流为1A，即最大负载时推荐LDO压降为455Mv。（1）现假设输入为3.755V、输出为3.3V：即3.3V+0.455V=3.755VPd＝0.455V×1A=0.455W0.455W*62.9℃/W=28.62℃假设环境温度为25℃，25℃+28.62℃＝53.62℃，小于Tj＝150℃；假设环境温度为70℃，70℃+28.62℃＝98.62℃，小于Tj＝150℃；综上，LDO可以正常工作。（2）现假设输入为5.00V、输出为3.3V：即3.3V

3、+1.7V=5.00VPd＝1.7V×1A=1.7W1.7W*62.9℃/W=106.93℃假设环境温度为25℃，25℃+106.93℃＝131.93℃，小于Tj＝150℃；即使室温只有25℃，这么高的温升如果散热没处理好，结温会持续上升，导致进入ThermalShutdown5模式，导致系统工作不正常。假设环境温度为70℃，70℃+106.93℃＝176.93℃，大于Tj＝150℃，进入ThermalShutdown模式，导致系统工作不正常。综上，LDO工作可能出现不稳定情况。由（1）（2）可见，LDO设计中应该注意负载情况，如果芯片工作在最大

4、输出电流情况下，输入输出的压降最好控制在datasheet中的TESTCONDITIONS对应的压降下，以保证芯片工作的稳定性。三、1N4001降压考虑：选用二级管进行降压时，应该考虑瞬态响应：即在瞬间大电流时，二极管压降瞬间增加，导致降压后级的电压不能满足LDO工作要求，从使系统重启或工作不稳定。所以要慎重考虑。举例：总供电5VLDO要求输出3.3V压降建议0.455V所以输入为3.755V采用二级管将5V降压，5V-3.755V=1.245假设负载为1A如果采用串1N4001+一个肖特基管0.3V那压降约1.2V。理论上应该是可以稳定工作的，

5、但有的系统存在这样情况，即系统启动时，有个瞬态电流，比较大，导致两个二级管的压降增加，从而导致LDO的输入偏低，输出也就下降啦，所以工作出现异常重启，不断反复。这时就要考虑瞬态响应问题。Note：考虑环境高低温问题，因为有的产品需要过高低温检测。5整理参考：Datasheet中和散热有关的几个重要参数uA7800Series热量传递模型P--芯片功耗，单位W（瓦）。功耗是热量产生的直接原因。功耗大的芯片，发热量也一定大。    Tc--芯片壳体温度，单位℃。    Tj--结点温度，单位℃。随着结点温度的提高，半导体器件性能将会下降。结点温度过高

6、将导致芯片工作不稳定，系统死机，最终芯片烧毁。    Ta--环境温度，单位℃。    Tstg--存储温度，单位℃。芯片的储存温度。   5 Rja/θja--结点到环境的热阻，单位℃/W。    Rjc/θjc--结点到芯片壳的热阻，单位℃/W    Ψjt--可以理解为结点到芯片上表面的热阻。当芯片热量只有部分通过上壳散出的时候的热阻参数。    LFM--风速单位，英尺/分钟。    认识了这些参数，接下来我们来学习如何使用他们。如何判断芯片温度是否过高Datasheet提供的热参数一般有下面几种形式：    提供最大Ta、Tj、P--早

7、期的芯片Datasheet一般都是这种。理论上我们只需要保证芯片附近的环境温度不超过这个指标就可以保证芯片可以正常工作。但是实际并非如此。Ta这个参数是按照JEDEC标准测试而得。JEDEC标准是这样定义的：把芯片置于一块3X4.5英寸的4层PCB中间，环境温度测试探头距离这块PCB的板边缘12英寸。可见我们产品几乎不可能满足这种测试条件。因此，Ta在这里对我们来说，没什么意义。在这种情况下保守的做法是：保证芯片的壳体温度Tc﹤Ta-max，一般来说芯片是可以正常工作的。    直接提供Tc-max--这种情况相对较少，处理也相对简单。只需保证T

8、c﹤Tc-max即可。    提供Tj、Rjc/θjc、P--近2年来，随着热设计的重要性不断提高，大部分的芯片资料都会提供上述参数。基