低壓線性穩壓器的應用技巧

    熱力學中常犯的一個錯誤就是選擇和線性穩壓器一樣簡易的裝置。當設計即將應用時，設計師通常會意識到這個錯誤。更糟的是，由于新型線性穩壓器的新功能和規格，封裝中消散的功率很容易被忽視。這讓穩壓器的運行溫度會超過其額定溫度，在實際使用中會引發故障。

    線性穩壓器基本上由一個旁路元件和一個控制器組成。該元件是一個晶體管，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荷之間形成一個分壓器。

圖1. 線性穩壓器框圖

    注意，旁路元件將在其自身和負荷之間形成一個分壓器，起到耗散功率的作用。

    人們常常忽略了它并非一個神奇實體的事實： 旁路元件上的電壓會降低，并逐漸升溫。例如，如果圖1中的電路有100毫安的恒定負荷，則可以將其簡化并模擬用于圖2所示的熱目的。當輸入電壓為5V，輸出電壓和功率分別為3.3V和100mA時，旁路元件耗散的功率將達到170MW。

    那么，如果輸入電壓為24伏時，會發生怎樣的變化？此時的耗散功率為(24-3.3)×100 mA =2.07瓦。顯然，這樣的功率可能會使150毫安的微型穩壓器產生過多的熱量。運用我們都知道的歐姆定律(V = I * R)重新考慮一下，“當功率變成只有100毫安，或50毫安，或更小的情況的時候。”會使電路更加安全，因此規律在不知不覺中便得到了印證。

圖2. 穩態下簡化模式的線性穩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。如要計算功耗，則可非常快速地轉到選擇封裝尺寸的問題上來。

    1. 計算功耗。線性穩壓器僅僅是用來將額外的電壓降轉換成熱量的一個可變電阻器：

    Pd= (Vi-VOUT)*IOUT(等式1)

    2. 計算設計期望最大工作溫度所需的θjA。θjA是相對于環境溫度的結點熱阻抗，基于印刷電路板(攝氏度/ W)的封裝，通常是在150℃的典型最大結溫(有些部件的最高結溫可能較低，需在數據表上確認)條件下計算出來的。所需θjA應為如下方程式：

    ≤(最高結溫 - 最高工作溫度)/Pd(等式2)。

    1) 濾掉封裝中的器件，這樣θjA比滿足此初始結溫要求的上述計算結果要低。在最高結溫時操作會影響其可靠性。視電路板、氣流、環境和附近的其他熱源而定，留一定的余量始終是一個很好的設計實踐。

    2) 只要根據熱需求對該清單進行縮減，則可以大大降低實現其它功能的難度，如：快速瞬態響應、良好的電源狀態、使能、低噪音等。

    3) 測試最終結果！在實驗室使用熱電偶測試一分鐘比花費數小時計算更有價值。

    使用該熱計算器可簡單計算出熱量值。

    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。<