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Power

LDO 열 계산기

열 설계 검증을 위한 LDO 레귤레이터 전력 손실, 접합 온도, 열 마진 및 최소 드롭아웃 전압을 계산합니다.

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공식

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}

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

Pdiss— 전력 손실 (W)
Vᵢₙ— 입력 전압 (V)
Vₒᵤₜ— 출력 전압 (V)
Iₗₒₐd— 부하 전류 (A)
TJ— 접합 온도 (°C)
Tₐₘb— 주변 온도 (°C)
θJA— 접합부와의 주변 온도 저항 (°C/W)

작동 방식

LDO 열 계산기는 소음에 민감한 아날로그 회로, RF 시스템 및 정밀 기기의 전력 관리에 필수적인 선형 전압 조정기의 접합 온도, 전력 손실 및 안전 작동 전류를 결정합니다.아날로그 설계 엔지니어, 하드웨어 설계자 및 신뢰성 엔지니어는 이 도구를 사용하여 열 차단을 방지하고 장기적인 신뢰성을 보장합니다.TI 애플리케이션 노트 SLVA118 에 따르면 LDO 전력 손실 Pdiss = (Vin - Vout) × Iload는 열을 발생시켜 Tj = Ta + (Pdiss × θJA) 에 따라 접합 온도를 높입니다. 열 저항 θJA 은 패키지에 따라 크게 다릅니다. SOT-23 제품은 150-200°C/W를 나타내고, SOIC-8 은 100-125°C/W를 제공하며 DPAK (TO-252) 은 적절한 PCB 열 설계를 사용하면 40-60°C/W를 달성합니다.JEDEC JEP122G 에 따르면 실리콘 접합 온도은 10년 MTBF 동안 125°C 미만으로 유지되어야 합니다. 아레니우스 방정식에 따르면 85°C 이상으로 10°C 증가할 때마다 반도체 수명이 절반으로 줄어듭니다.최대 안전 전류 Imax = (Tj_max - Ta)/(θJA × ΔV), 여기서 ΔV = Vin - Vout은 열로 소산되는 드롭아웃 헤드룸을 나타냅니다.

계산 예제

산업용 인클로저에서 주변 온도가 55°C인 800mA의 5V ~ 3.3V 컨버터를 위한 LDO 파워 스테이지를 설계하십시오.요구 사항: Tj < 110°C의 신뢰성 마진, 외부 히트싱크없음.1단계: 전력 손실 계산 — Pdis = (5 - 3.3) × 0.8 = 1.36W. 2단계: 필요한 열 저항 결정 — θJA_max = (110 - 55) /1.36 = 40.4°C/W. 3단계: 패키지 선택 — 62°C/W (일반적인 데이터시트) 의 SOT-223-4 (일반적인 데이터시트) 이 충분하지 않습니다.TI SLMA002 기준 1 in² 구리 타설을 포함하여 섭씨 35°C/W의 DPAK (TO-252) 를 사용하십시오.4단계: 접합 온도— Tj = 55 + (1.36 × 35) = 102.6°C (사양 이내) 를 확인합니다.5단계: 안전 마진 계산 — 1A 최대 부하 시: Pdiss = 1.7W, Tj = 114.5°C (여전히 허용 가능).6단계: LDO 선택을 고려하세요. TI TPS73633 (DPAK, 150mV 드롭아웃, 최대 125°C) 은 백업 보호 기능으로 160°C에서 통합된 열 차단 기능을 제공합니다.

실용적인 팁

  • ✓TI TPS7A8300 데이터시트에 따르면 열 비아 (직경 0.3mm, 노출된 패드 아래 4-8개의 비아) 를 사용하여 내부 접지면에 열을 전도하여 θJA 를 30-40% 줄입니다.
  • ✓SOT-223/DPAK 패키지용 GND 핀에 연결된 최소 1 in² 의 구리 공급량을 추가합니다. 아날로그 디바이스 열 설계 가이드에 따르면 이렇게 하면 θJA 이 90°C/W에서 50°C/W로 감소합니다.
  • ✓플래그 핀 (사용 가능한 경우) 을 통해 열 차단 모니터링을 구현하여 Tj_max 에 도달하기 전에 시스템 수준의 전력 감소를 트리거하여 열 순환 손상을 방지합니다.

흔한 실수

  • ✗PCB 구리 면적을 고려하지 않고 데이터시트 θJA 사용 — SOT-23 θJA 의 범위는 TI SLMA002 기준 205°C/W (최소 패드) 에서 120°C/W (1 in² 구리) 사이입니다. 실제 결과는 데이터시트 값보다 40% 더 나쁠 수 있습니다.
  • ✗고전류에서의 드롭아웃 전압 증가 무시 — 패스 트랜지스터 Rds (on) 로 인해 LDO 드롭아웃이 100mA에서 150mV에서 1A에서 300mV로 증가합니다. Pdiss 계산은 작동 전류에서의 실제 드롭아웃을 사용해야 합니다.
  • ✗MIL-HDBK-217F 기준 Tj = Tj_max —에서 연속 작동하면 85°C 대비 125°C에서 작동하면 MTBF가 4배 감소합니다. 신뢰성이 중요한 애플리케이션에서 100°C 미만의 Tj에 맞게 설계되었습니다.

자주 묻는 질문

열 경감은 주변 온도가 상승함에 따라 최대 허용 전류를 감소시킵니다.TI SLVA604 기준 디레이팅 커브: 아이맥스 = (Tj_max - Ta)/(θJA × ΔV).예: 25°C 주변 환경에서의 1 A LDO는 동일한 열 설계에서 75°C 주변 환경에서 500mA만 전달할 수 있습니다.중요: 데이터시트의 최대 전류 등급은 특정 Ta (일반적으로 25°C) 및 θJA 조건을 가정합니다.
아날로그 디바이스 AN-772 기준, 패키지별 열 저항: SOT-23 (180-220°C/W), SOT-223 (60-90°C/W), SOIC-8 노출 패드 (35-50°C/W), DPAK (25-40°C/W), D2PAK (15-25°C/W).경험상 패키지 크기가 한 단계 커질 때마다 2배의 열 성능이 제공됩니다.WLCSP 패키지는 최저 θJC (2-5°C/W) 을 제공하지만 열 확산을 위한 세심한 PCB 설계가 필요합니다.
예 — 외부 히트싱크는 θJA 을 40-70% 까지 감소시킵니다.TO-220 패키지의 경우: θJA 소형 클립형 히트싱크 (Aavid 577002B00000G) 를 사용할 경우 62°C/W (자유 공기) 에서 23°C/W로 떨어집니다.표면 실장 패키지의 경우 구리 PCB 영역이 히트싱크 역할을 합니다. — 2 in² 구리는 TI 열 모델링에 따라 DPAK θJA 을 40°C/W에서 25°C/W로 줄입니다.
Tj_max 이상 (일반적으로 125-150°C): 출력 전압 정확도가 저하되고 (± 2% ~ ± 5%), 대기 전류가 2-3배 증가하고, 150-160°C에서 내부 열 차단이 활성화됩니다. 125°C 이상에서 반복되는 열 순환은 금속 상호 연결 피로를 유발하여 회로 개방을 초래합니다.JEDEC JEP122G 기준으로 100시간 이상 동안 150°C를 초과하면 되돌릴 수 없는 파라메트릭 시프트가 발생합니다.
아이맥스 = (Tj_max - Ta)/(θJA × (빈 - 볼트).예: Tj_max = 125°C, Ta = 40°C, θJA = 60°C/W (SOT-223), 빈 = 5V, Vout = 3.3 V. 아이맥스 = (125-40)/(60 × 1.7) = 833mA.항상 목표 전류에서의 실제 드롭아웃 전압을 확인하고 부품 변동과 과도 부하에 대해 20% 의 마진을 추가하십시오.

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