Part 01 前言
LDO又叫低压差线性稳压器是电源设计中的常客,比如某款LDO规格书上写着额定电流100mA,乍一看好像能稳稳输出100mA,驱动你的负载毫无压力。但现实往往没那么简单!就像你买了辆标着“最高时速100km/h”的小车,实际开起来能不能到100,还得看路况、油门和散热——哦不,风阻。今天咱们就来聊聊LDO的额定电流那些事儿!
Part 02 额定电流100mA:真的能输出100mA吗?
LDO规格书上写的额定电流100mA,通常是指在“理想条件”下能输出的最大电流。但这个“理想条件”往往和实际应用差了十万八千里。那规格书中的“理想条件”是啥呢?
特定的散热设计:比如用标准测试板,散热焊盘面积大,热阻低。
环境温度:通常是25°C,实验室里的“完美天气”。
输入输出电压差:压差Dropout Voltage在某个固定值,比如0.5V。
但是你实际应用却要面对“残酷现实”呀:
PCBA散热设计:你的板子可能散热焊盘小,或者布局紧凑,热量散不出去。
环境温度:实际工作温度可能是50°C,甚至85°C(工业场景)。
压差变化:输入输出电压差可能更大,发热更多。
所以,LDO标着100mA,不一定真能输出100mA,得看散热条件能不能跟上,不然LDO可能会过热,触发热保护(Thermal Shutdown),然后LDO就直接“罢工”了。
Part 03 如何评估LDO的实际输出电流大小?
LDO的输出能力受限于它的功耗和散热能力,而热阻Thermal Resistance是关键。热阻决定了 LDO 产生的热量能不能有效散出去,如果散热不行,芯片温度会飙升,影响输出。
1.LDO的功耗和温度关系
LDO 的功耗主要来自输入输出电压差和输出电流:
Vin:输入电压
Vout:输出电压
Iout:输出电流
Iq:静态电流 (通常很小,可忽略)
芯片的温度上升由功耗和热阻决定:
TJ:芯片结温 (Junction Temperature)
TA:环境温度
θJA:结到环境的热阻 (Junction-to-Ambient Thermal Resistance)
如果TJ超过LDO的最大结温(通常是150°C),LDO会触发热保护,停止输出。
2.那热阻怎么影响输出电流呢?
规格书中的热阻θJA是基于标准测试条件(比如大面积散热焊盘)。实际板子如果散热设计差,热阻会变大,温度上升更快,限制输出电流。
计算示例1:规格书条件下的极限电流
假设用一款LDO,规格如下:
·额定电流:100mA
·输入电压 Vin = 12V,输出电压 Vout =3.3V
·最大结温TJ(max)=150℃
·环境温度TA=25°C
·规格书热阻θJA=50°C/W(标准散热焊盘)
功耗:
PD=(12-3.3)*0.1=0.87W
温度上升:
ΔT=PD*θJA=0.87W*50°C/W=43.5℃
结温:
TJ=TA+ΔT=25+43.5=68.5℃
这温度远远低于150°C,100mA完全没问题!规格书诚不欺我,LDO稳稳输出。
但是如果实际板子散热差,热阻翻倍,现在用实际板子,散热焊盘小,热阻θJA变成100°C/W,环境温度也高了,最大TA=85°C。
功耗还是:
PD=(12-3.3)*0.1=0.87W
温度上升:ΔT=PD*θJA=0.87W*100°C/W=87℃结温:TJ=TA+ΔT=85+87=172℃
这样一看就不能输出100mA了。
所以规格书里的热阻θJA=50°C/W 是基于标准测试板(比如1平方英寸的散热焊盘,2盎司铜箔)。实际板子往往达不到这个条件:
散热焊盘小:你的板子可能只有0.2平方英寸的散热焊盘,热阻直接翻倍到100°C/W。
PCB布局紧凑:LDO旁边塞满了其他发热元件(比如MOSFET、电阻),热量互相"烤",局部温度更高。
铜箔厚度:规格书用2蛊司铜箔,你的板子可能只有1蛊司,散热能力差一截。
空气流通:规格书假设自然对流,你的设备可能装在密封盒子里,空气不流通,热阻再加20°C/W。
实际热阻可能是规格书的2-3倍,LDO的输出能力直接"打折"。
Part 04 怎么优化散热设计,让LDO输出更接近100mA?
1.加大散热焊盘:
尽量给LDO的散热焊盘留大面积(比如1平方英寸),多打几个导热过孔,把热量传到PCB其他层,降低热阻。
2.加散热片:
如果板子空间允许,可以在LDO上面贴个小散热片,热阻能再降10-20°C/W。
3.优化布局:
让LDO远离其他发热元件,放在PCB边缘,靠近空气流通的地方。
4.降低压差:
选择Vin尽量接近Vout,比如把输入电压从6V降到4V,功耗直接减小,结温下降,输出能力提升。
总结来说LDO的100mA,散热说了算,LDO规格书上标着额定电流100mA,但能不能真输出100mA,得看散热设计能不能跟上。规格书的热阻是“理想状态”,实际板子的热阻往往高得多,环境温度、压差、布局都会让LDO的输出能力“缩水”。通过计算对比,我们发现热阻翻倍、温度升高后,LDO可能根本达不到100mA,甚至触发热保护“罢工”。
所以,设计时要做好散热优化,留足余量,别让LDO热得“满头大汗”。就像跑步一样,标着能跑100米,但你得给它一双好鞋、一条好跑道,不然跑一半就得歇菜。