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Calculateur thermique LDO

Calculez la dissipation de puissance du régulateur LDO, la température de jonction, la marge thermique et la tension de chute minimale pour valider la conception thermique.

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Formule

P_{diss} = (V_{in} - V_{out}) \cdot I_{load},\quad T_J = T_{amb} + \theta_{JA} \cdot P_{diss}

Référence: Texas Instruments Application Note SLVA061; IEC 60747-6

Pdiss— Power dissipation (W)
Vᵢₙ— Input voltage (V)
Vₒᵤₜ— Output voltage (V)
Iₗₒₐd— Load current (A)
TJ— Junction temperature (°C)
Tₐₘb— Ambient temperature (°C)
θJA— Thermal resistance junction-to-ambient (°C/W)

Comment ça marche

Les régulateurs à faible chute de tension (LDO) sont des composants essentiels de gestion de l'alimentation qui assurent une régulation stable de la tension avec une chute de tension minimale. Les performances thermiques d'un LDO sont fondamentalement régies par la dissipation de puissance, qui se produit lorsque l'appareil convertit la tension d'entrée excédentaire en chaleur. La puissance dissipée (Pdiss) est calculée en multipliant la différence de tension entre l'entrée et la sortie (Vin - Vout) par le courant de charge (Iload). Cette puissance est transformée en chaleur, ce qui a un impact direct sur la température de jonction (TJ) du dispositif à semi-conducteur. La résistance thermique entre la jonction et la température ambiante (θJA) détermine l'efficacité du transfert de chaleur de la jonction interne en silicium de l'appareil vers l'environnement environnant. Différents types de boîtiers tels que le SOT-23 et le TO-252 présentent des caractéristiques thermiques très différentes, avec des valeurs θJA comprises entre environ 50 et 150 °C/W. La gestion de la température est cruciale, car les performances des semi-conducteurs se dégradent rapidement au-delà de 125 °C, ce qui nécessite une conception thermique minutieuse pour garantir un fonctionnement fiable.

Exemple Résolu

Prenons l'exemple d'un régulateur LDO dans un boîtier SOT-23 convertissant 5 V en 3,3 V avec un courant de charge de 500 mA. Tout d'abord, calculez la dissipation de puissance : Pdiss = (5 V - 3,3 V) × 0,5 A = 0,85 W. En utilisant la valeur θJA de 150 °C/W pour le SOT-23 et en supposant une température ambiante de 25 °C, calculez la température de jonction : TJ = 25 °C + (150 °C/W × 0,85 W) = 152,75 °C. Comme cette température dépasse le seuil de réduction de 125 °C, un refroidissement supplémentaire ou un autre boîtier serait recommandé pour garantir un fonctionnement fiable.

Conseils Pratiques

  • ✓Utilisez toujours un dissipateur thermique ou un boîtier plus grand pour les applications LDO à courant élevé
  • ✓Surveiller la température de jonction et mettre en œuvre des mécanismes d'arrêt thermique
  • ✓Envisagez la disposition du circuit imprimé pour maximiser la dissipation thermique du régulateur

Erreurs Fréquentes

  • ✗Négliger les variations de résistance thermique entre les différents types de boîtiers
  • ✗En supposant des performances thermiques linéaires sur toute la plage de températures de fonctionnement
  • ✗Oublier les exigences de déclassement thermique pour les applications à courant élevé

Foire Aux Questions

Le déclassement thermique est une pratique qui consiste à réduire le courant de charge maximal à mesure que la température de jonction augmente afin d'éviter toute défaillance des semi-conducteurs. La plupart des LDO sont déclassés au-dessus de 125 °C pour maintenir des performances fiables.
Les différents types de boîtiers présentent des résistances thermiques variables. Les boîtiers SOT-23 ont généralement une résistance thermique plus élevée (≈ 150 °C/W) que les boîtiers plus grands comme le TO-252 (≈ 50 °C/W), qui dissipent la chaleur plus efficacement.
Oui, l'ajout d'un dissipateur thermique peut réduire considérablement la température de jonction en améliorant le transfert de chaleur de l'appareil vers l'environnement ambiant, ce qui permet un fonctionnement à courant plus élevé.
Le dépassement de la température de jonction maximale peut entraîner des dommages permanents à l'appareil, une augmentation des courants de fuite, une diminution de la précision de la régulation et une défaillance potentiellement catastrophique.
Calculez la dissipation de puissance maximale en fonction de la résistance thermique du boîtier, de la température ambiante et de la température de jonction maximale, puis déterminez le courant de charge correspondant.

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