Skip to content
RFrftools.io
Power

LDO サーマル・カリキュレータ

LDOレギュレータの電力損失、接合部温度、熱マージン、および最小ドロップアウト電圧を計算して、熱設計を検証します。

Loading calculator...

公式

Pdiss=(Vin−Vout)⋅Iload,TJ=Tamb+θJA⋅PdissP_{diss} = (V_{in} - V_{out}) \cdot I_{load},\quad T_J = T_{amb} + \theta_{JA} \cdot P_{diss}

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

Pdiss— 電力損失 (W)
Vᵢₙ— 入力電圧 (V)
Vₒᵤₜ— 出力電圧 (V)
Iₗₒₐd— 負荷電流 (A)
TJ— ジャンクション温度 (°C)
Tₐₘb— 周囲温度 (°C)
θJA— 接合部と周囲との熱抵抗 (°C/W)

仕組み

LDOサーマル・カリキュレータは、ノイズに敏感なアナログ回路、RFシステム、および高精度計測器の電源管理に不可欠なリニア電圧レギュレータの接合部温度、電力損失、および安全動作電流を測定します。アナログ設計エンジニア、ハードウェアアーキテクト、信頼性エンジニアは、このツールを使用してサーマルシャットダウンを防ぎ、長期的な信頼性を確保しています。TIのアプリケーションノートSLVA118によると、LDOの電力損失Pdiss = (Vin-Vout) × Iloadは熱を発生させるため、Tj = Ta + (Pdiss × θ Ja) あたりの接合温度が上昇します。熱抵抗θJAはパッケージによって大きく異なります。SOT-23は150〜200°C/W、SOIC-8は100〜125°C/W、DPAK（TO-252）は適切なPCB熱設計により40〜60°C/Wを実現します。JEDEC JEP122Gによると、10年間のMTBFの間、シリコン接合部温度は125°C未満に保たれなければなりません。アレニウスの式によると、85°Cを超えると半導体の寿命が半分になります。最大安全電流 Imax = (TJ_max-Ta)/(θ JA × ΔV)。ここで ΔV = Vin-Vout は熱として放散されるドロップアウトヘッドルームを表します。

計算例

産業用エンクロージャ内の周囲温度が55°Cの800mAで5V-3.3Vコンバータ用のLDOパワーステージを設計します。要件:信頼性に余裕を持たせるため、Tj < 110°C、外部ヒートシンクは不要です。ステップ 1: 消費電力の計算 — Pdiss = (5-3.3) × 0.8 = 1.36 W. ステップ 2: 必要な熱抵抗の決定 — θ JA_max = (110-55) /1.36 = 40.4°C/W。ステップ 3: パッケージの選択 — 62°C/W (標準データシート) の SOT-223-4 では不十分です。TI SLMA002 あたり 1 インチ² の銅注ぎ口を含め、35°C/W の DPAK (TO-252) を使用してください。ステップ 4: ジャンクション温度 — Tj = 55 + (1.36 × 35) = 102.6°C (仕様内) を確認します。ステップ 5: 安全マージンの計算 — 最大負荷が 1 A の場合:Pdiss = 1.7 W、Tj = 114.5°C (まだ許容範囲内です)。ステップ6: LDOの選択を検討してください。TI TPS73633 (DPAK、150mVドロップアウト、最大125°C) は、バックアップ保護として160°Cのサーマルシャットダウン機能を内蔵しています。

実践的なヒント

  • ✓TI TPS7A8300データシートによると、サーマルビア（直径0.3 mm、露出パッドの下に4〜8個のビア）を使用すると、内部のグランドプレーンに熱を伝導してθJAを30〜40％削減できます。
  • ✓SOT-223/DPAKパッケージのGNDピンに最小1インチ²の銅注入口を追加してください。これにより、アナログ・デバイセズの熱設計ガイドによると、θ JAが90°C/Wから50°C/Wに減少します。
  • ✓TJ_maxに達する前にフラグピン（使用可能な場合）を介してサーマルシャットダウン監視を実装し、システムレベルの電力削減をトリガーすることで、サーマルサイクルによる損傷を防ぎます

よくある間違い

  • ✗PCB の銅面積を考慮せずにデータシート θ JA を使用する — SOT-23 θ JA は TI SLMA002 によると、205°C/W (最小パッド) から 120°C/W (1 インチ² 銅) までの範囲で、実際の結果はデータシートの値よりも 40% 劣る場合があります。
  • ✗高電流時のドロップアウト電圧の上昇を無視 — パス・トランジスタのRds (オン) により、LDOのドロップアウトは100mAで150mVから1Aで300mVに上昇。Pdissの計算では、動作電流での実際のドロップアウトを使用する必要があります
  • ✗Tj = Tj_max — MIL-HDBK-217Fに従って連続動作し、85°Cに対して125°Cで動作するとMTBFが4倍減少します。信頼性が重要なアプリケーションにおけるTj <100°C向けの設計

よくある質問

温度ディレーティングは、周囲温度が上昇するにつれて最大許容電流を減少させます。TI SLVA604 によると、ディレーティング曲線は Imax = (Tj_Max-Ta)/(θ Ja × ΔV) です。例:1 同じ熱設計でも、周囲温度25°CのLDOは、周囲温度75°Cで500mAしか供給できません。重要:データシートの最大電流定格は、特定のTa (通常は 25°C) および θ JA 条件を想定しています。
アナログ・デバイセズのAN-772によると、パッケージ別の熱抵抗：SOT-23（180-220°C/W）、SOT-223（60-90°C/W）、SOIC-8露出パッド（35-50°C/W）、DPAK（25-40°C/W）、D2PAK（15-25°C/W）。経験則：パッケージ・サイズを1つ大きくするごとに、2倍の熱性能が得られます。WLCSPパッケージは、最も低いθ JC（2～5℃/W）を実現しますが、熱拡散に備えて慎重なPCB設計が必要です。
はい。外部ヒートシンクはθJAを40〜70％低減します。TO-220パッケージの場合：小さなクリップオン式ヒートシンク（Aavid 577002B00000G）を使用すると、θ JAは62°C/W（フリーエア）から23°C/Wに低下します。表面実装パッケージの場合、銅のPCB領域はヒートシンクの役割を果たします。2インチ²の銅は、TIの熱モデリングに従ってDPAK θJaを40°C/Wから25°C/Wに低減します。
TJ_max（標準125～150°C）を超えると、出力電圧の精度が低下し（± 2% ～ ± 5%）、静止電流が2～3倍に増加し、150～160°Cで内部のサーマルシャットダウンが作動します。125°C以上でサーマル・サイクルを繰り返すと、メタル・インターコネクトが疲労し、オープン回路につながります。JEDEC JEP122Gによると、100時間以上にわたって150°Cを超えると、不可逆的なパラメトリックシフトが発生します。
Imax = (Tj_Max-Ta)/(θ JA × (Vin-Vout))。例:TJ_max = 125°C、Ta = 40°C、θ JA = 60°C/W (SOT-223)、Vin = 5 V、Vout = 3.3 V。Imax = (125-40)/(60 × 1.7) = 833 mA。必ず目標電流での実際のドロップアウト電圧で確認し、部品の変動と過渡負荷に対して 20% のマージンを加えてください。

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

DC-DC Buck Converter Modules

Adjustable step-down converter modules for bench and prototype use

Amazon →

LDO Voltage Regulator Kit

Assorted low-dropout linear regulators for prototyping

Amazon →

Electrolytic Capacitor Kit

Aluminum electrolytic capacitor kit for power supply filtering

Amazon →

Power Inductor Kit

Assorted shielded power inductors for switching supply designs

Amazon →

関連電卓

Power

バックコンバータ

同期整流式降圧 (ステップダウン) コンバータの設計:デューティサイクル、インダクタ値、出力コンデンサ、入力コンデンサ、および理論上の効率を計算します。

Power

分圧器

Vin、R1、R2から分圧器の出力電圧、電流、テブナンインピーダンス、および電力損失を計算します。バイアスネットワークやレベルシフトに最適です。

Power

LEDレジスタ

LED の正しい電流制限抵抗を計算してください。正確な値、最も近いE24規格、実際の電流、および消費電力が表示されます。

Power

バッテリー寿命

平均消費電流、デューティサイクル、自己放電率、および放電深度カットオフを考慮して、IoT およびポータブルデバイスのバッテリー稼働時間を推定します。LiPo、アルカリ、NiMH、コイン電池に適しています。