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Calculadora térmica LDO

Calcule a dissipação de energia do regulador LDO, a temperatura da junção, a margem térmica e a tensão mínima de queda para validação do projeto térmico.

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Fórmula

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

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

PdissPower dissipation (W)
VᵢₙInput voltage (V)
VₒᵤₜOutput voltage (V)
IₗₒₐdLoad current (A)
TJJunction temperature (°C)
TₐₘbAmbient temperature (°C)
θJAThermal resistance junction-to-ambient (°C/W)

Como Funciona

Os reguladores de baixa queda (LDO) são componentes essenciais de gerenciamento de energia que fornecem regulação estável de tensão com queda mínima de tensão. O desempenho térmico de um LDO é fundamentalmente governado pela dissipação de energia, que ocorre quando o dispositivo converte o excesso de tensão de entrada em calor. A potência dissipada (Pdiss) é calculada multiplicando a diferença de tensão entre entrada e saída (Vin - Vout) pela corrente de carga (Iload). Essa potência é transformada em calor, o que impacta diretamente a temperatura de junção (TJ) do dispositivo semicondutor. A resistência térmica da junção ao ambiente (θJA) determina a eficácia com que o calor é transferido da junção interna de silício do dispositivo para o ambiente circundante. Diferentes tipos de embalagens, como SOT-23 e TO-252, têm características térmicas significativamente diferentes, com valores de θJA variando de aproximadamente 50 a 150 °C/W. O gerenciamento da temperatura é crucial, pois o desempenho do semicondutor se degrada rapidamente acima de 125° C, exigindo um design térmico cuidadoso para garantir uma operação confiável.

Exemplo Resolvido

Considere um regulador LDO em um pacote SOT-23 convertendo 5V em 3,3V com uma corrente de carga de 500mA. Primeiro, calcule a dissipação de energia: Pdiss = (5V - 3,3V) × 0,5A = 0,85W. Usando o θJA de 150 °C/W para SOT-23 e assumindo uma temperatura ambiente de 25° C, calcule a temperatura de junção: TJ = 25° C + (150° C/W × 0,85 W) = 152,75° C. Como isso excede o limite de redução de 125° C, resfriamento adicional ou um pacote diferente seria recomendado para garantir uma operação confiável.

Dicas Práticas

  • Sempre use um dissipador de calor ou um pacote maior para aplicações LDO de alta corrente
  • Monitore a temperatura da junção e implemente mecanismos de desligamento térmico
  • Considere o layout do PCB para maximizar a dissipação de calor do regulador

Erros Comuns

  • Negligenciando as variações de resistência térmica entre os diferentes tipos de embalagem
  • Assumindo desempenho térmico linear em toda a faixa de temperatura operacional
  • Ignorando os requisitos de redução térmica para aplicações de alta corrente

Perguntas Frequentes

A redução térmica é a prática de reduzir a corrente de carga máxima à medida que a temperatura da junção aumenta para evitar falhas no semicondutor. A maioria dos LDOs é reduzida acima de 125° C para manter um desempenho confiável.
Diferentes tipos de embalagens têm resistências térmicas variadas. Os pacotes SOT-23 normalmente têm maior resistência térmica (≈150° C/W) em comparação com pacotes maiores como o TO-252 (≈ 50° C/W), que dissipam o calor com mais eficiência.
Sim, adicionar um dissipador de calor pode reduzir significativamente a temperatura da junção, melhorando a transferência de calor do dispositivo para o ambiente, permitindo uma operação com maior corrente.
Exceder a temperatura máxima da junção pode causar danos permanentes ao dispositivo, aumento das correntes de fuga, redução da precisão da regulação e falha potencialmente catastrófica.
Calcule a dissipação máxima de energia com base na resistência térmica da embalagem, na temperatura ambiente e na temperatura máxima da junção e, em seguida, determine a corrente de carga correspondente.

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