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全91款!LDO線性穩壓器的新陣容

決定實際輸出電流的要件?

Keyword
  • 輸出電流
  • 熱阻
  • Tj
  • Tj max
  • 功率消耗
  • 散熱片

新LDO線性穩壓器的產品陣容有G系列、H系列、I系列,全部91款。輸出電壓可變型為0.8V~13V,固定型從1V到12V共14種電壓,輸出精度高,達到1%。輸出電流從0.3A至1.5A共有4種,套用上述數值製作矩陣表格。

該系列的產品陣容和規格如下方表格。

  G系列 H系列 I系列
輸入電源電壓範圍 4.5V~14.0V 4.5V~8.0V 2.4V~5.5V
最大輸出電流 0.3A、0.5A、1.0A 0.3A、0.5A、1.0A、1.5A 0.5A、1.0A
輸出電壓設定範圍
(可變型)
1.5V~13.0V 1.5V~7.0V 0.8V~4.5V
輸出電壓(固定型) 1.5V、1.8V、2.5V、3.0V 、
3.3V、5.0V 、6.0V、7.0V、8.0V、
9.0V、10V、12V
1.5V、1.8V、2.5V、3.0V 、
3.3V、5.0V 、6.0V、7.0V
1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、
2.5V、3.0V 、3.3V

從該表得知可以取得的輸出電流以H系列的1.5A產品最大,例如輸出7V時,可以得到10.5W的輸出功率。

不過,我想大家應該也發現到,實際情況會因為各項條件而和上表的數值不同。基本上電源IC等使用到大功率的IC,會因為熱度造成能取得功率受限。正確來說,晶片溫度Tj不可以超過最大額定值Tj max,使用時的溫度必須控制在Tj max以內。使用線性穩壓器時計算Tj溫度的公式如下。

 Tj = 本身發熱+Ta
     =(熱阻θja×消耗功率W)+Ta
     ={θja×(輸入輸出電壓差×輸出電流)W}+ Ta

該公司簡單來說,就是消耗功率不包括自己消耗的功率在內。嚴格說來,必須追加(輸入電壓×自己耗電流)的功率,但當自己耗電流小、輸出電流大時,是由輸出功率主導的。

實際使用時,輸出電壓必須達到指定的電壓,要思考的是輸出電流,亦即是否能取得必要的負載電流才是爭論的重點。在進行計算之前,必須先思考是否有其他可以調整的項目,以及無法調整/不易調整的項目。當然,Tj max是無法變動的。

輸入輸出電壓差的影響非常大。不過,大致上已決定好能夠獲得的電壓(輸入電壓)。很少會為了使用1個線性穩壓器,而特地準備能改善條件的輸入電壓來源。也就是說,輸入輸出電壓差通常也是無法變更的。

Ta是設計的機器溫度規格,例如機器溫度規格設定0℃~50℃時,Ta最大值可能為50℃,考量到它位在內部,會因為發熱造成內部溫度上升,因此以加乘後的Ta進行計算。可以利用風扇冷卻時,套用此條件下的Ta,但還是將Ta視為調整效果不佳的項目會較為安全。

結果,因為熱度等限制,無法取得想要的輸出電流時,最適合的解決方法就是調降熱阻。調降熱阻的方法有使用封裝熱阻低的IC、安裝機板採用多層構造等能夠有效散熱、加裝散熱器。考量到近期小尺寸等節省空間的要求,大多難以再加裝散熱器,必須轉向討論是否利用封裝和機板進行散熱。

該線性穩壓器的新系列,全部都採用內部露出散熱片的HTSOP-J8 封裝(4.9×6.0×1.0mm)。將該封裝的散熱片焊接到考慮散熱的機板上,就可以大幅度改善阻問題。下方圖表為HTSOP-J8封裝的功率消耗

為先前所舉例的輸出7V /1.5A時,試著以輸入電壓12V進行計算。Tj max為150℃。

輸出消耗功率=(12V-7V)×1.5A =7.5W

從圖表來看,最大功率消耗為3.76W(第⑤個條件,θja=33.3W/℃),馬上可以知道在該輸出電流之下無法使用此一封裝。此時自己本身的發熱溫度為7.5W×33.3℃≒250℃,和Ta等相比,完全不合格。

預設Ta為50℃時,在熱阻最低的第⑤個條件下,容許功率為3W。反推回去,在該條件下,上限為0.6A。如果能再進一步調降熱阻,同樣反推回去計算的話,為(Tj max 150℃-Ta 50℃)÷7.5W=13.3℃/℃,若可以達到此一溫度,就能取得1.5A了。

或許這種說明方式過於粗劣,但決定實際輸出電流的要件是Tj,也就是發熱和環境溫度。順道說明一下,在該條件下,不論是使用1.5A還是1A的產品,結果都是相同的,不會有任何改變。

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