AC米兰官网-工业图像传感器供电方案教程：计算热耗散

　　AC米兰·(中文)官方网站-Milan brand-稳压型降压电源的关键组成部分、降压转换器的工作原理、连续导通与断续导通等。

　　LDO的耗散功率主要来自两个方面。 其中一个虽然很小， 但不可完全忽视。 它以微安（ μA） 为单位进行测量， 等于输入电压与静态电流的乘积： VIN· IGND。实际上， 这表示元件即使未导通时也会消耗的功率。

　　第二部分耗散功率可通过压差电压（ 输入与输出电压差） 乘以输出电流IOUT（即 VIN‒ VOUT） 来计算。 由此得出LDO耗散功率计算公式：

　　对流：依靠空气流动， 或在液冷情况下依靠液体流动来传递热量。 现实生活中对流的一个例子是篝火周围的空气流动： 热空气上升， 将热量向上带走； 热空气移动后留下的局部低压区会吸入外部较冷的空气， 从而为火焰持续输送新鲜氧气。

　　辐射：可在真空中发生且无需介质（尽管也可通过介质进行） 。 例如，太阳辐射穿越太空， 加热地球大气层。以

　　（onsemi）NCV8560 LDO 稳压器所采用的双列扁平无引脚封装（DFN） 为例， 裸片（die） 产生的热量一方面通过封装材料传导， 同时通过与PCB接触的芯片焊盘（Die-Attach Paddle,DAP） 散热。 此外， 也存在一定程度的对流散热： 气流将裸片（结温为 TJ） 的热量传递至器件周围环境温度 (TA) 的空气中。 同时， 辐射散热也从多处发生， 包括包裹裸片的封装材料、 连接裸片与信号引脚的引线框架， 以及衬底底部专为向外辐射热量而设计的金属镀层。

　　降压转换器或LDO稳压器的规格参数会提供典型工作结温（与裸片温度基本一致）， 该温度适用于环境温度受控的条件。 规格中包含两个温度范围， 其中与器件日常工作相关的是较窄的那个范围： 即推荐的环境工作温度范围。

　　在半导体器件数据手册的热特性参数中， 最关键的数值之一便是热阻 θJA（某些情况下针对器件中两个或多个特定元件分别标注） 。

　　采用 RθJA符号表示该值， 业内常称其为theta-JA。 该参数涵盖结点J与环境A之间的热阻。 JEDEC标准采用 θJX表示相同概念， 其中X为代表任意环境的变量。

　　简言之， RθJA表示器件每产生多少瓦功率热量时， 其结温比环境温度高出的摄氏度数。 请谨记： 功率即热量。 从技术角度讲，RθJA是指器件或其某一部分对热传导的阻力， 即热阻， 单位为摄氏度每瓦（°C/W）。 需注意， 传导是指通过直接接触传递热量。 theta-JA值越高， 意味着散热性能越差， 从而导致结温升高。

　　图左，嵌套式PCB设计(44-176PQFP封装)(虚线表示可能的布线路径)

　　当数据手册中指出某器件的热阻值 RθJA为 65°C/W 时， 意味着其每消耗1瓦功率， 结温 TJ将上升65°C。 假设两个器件具有相同的耗散功率 PD，则热阻 RθJA较低的器件温度更低。

　　JEDEC标准组织指出， PCB设计对 RθJA 测量的影响占比高达60%。 为此，JEDEC在JESD51x系列文件中对 θJX 的测量方法进行了标准化。 该系列标准中， JESD51-3定义了单层PCB设计的测量规范， 而JESD51-7则规定了四层设计标准⸺ 包含两层信号层、 一层电源平面及一层接地平面， 具体结构如JEDEC示意图所示。LDO的自发热效应考量

　　LDO的性能特性主要受两个因素影响： 输出电流和环境温度。 假设输出电流IOUT为250mA（合理值）， 结合NCP163的输出电压VOUT为1.8V，则其耗散功率PD为0.8W。 将该数值代入温度计算公式， 结合108°C/W的RθJA系数及略高于室温25°C的环境温度TA， 可得芯片结温TJ为111.4°C。 这个温度看起来“相当凉爽” 。

　　一旦将环境温度TA设为60°C进行计算， 芯片结温将飙升至146.4°C。 该数值已超出推荐最大工作温度（比绝对极限值更窄的范围） 21°C以上——这可不凉。要使LDO芯片结温回落至推荐范围， 输出电流IOUT必须降至175mA以下。 这可能导致该LDO无法纳入某些电源树方案。