您的线性稳压器是否可以在所有可能的操作条件下正常运行？要了解，您需要了解功耗和热阻。
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设计师要小心
乍一看，线性电压调节器似乎很简单。部分的数据表指示最大输入电压，最大输出电流和输出电压（如果输出固定而不是变量）。如果您的设计要求更加苛刻，您还可以检查输出电压，丢失电压，输出噪声和操作环境温度范围的准确性。如果所有这些规格看起来都很好，你可以掉进部分，一切都会好的，对吧？好吧，大多数时候，是的，一切都会好的，但设计也可能彻底失败。
当前与电力
首先要了解的是，部分的最大输出电流不是孤立的规范。输出电流影响功耗，功耗影响结温，如果结温变得过高，部分将停止正常工作。永久性损坏是一种可能性，但大多数（也许全部）现代线性调节器采用热保护电路，这将简单地限制输出电流试图降低内部温度。在任何一种情况下，您的设计都会发生故障;更糟糕的是，它可能以一种奇怪或间歇性的方式出现故障，导致潜在的高水平的故障排除引起的挫折。像往常一样，最好的补救措施是预防。
两个温度
当确认特定组件与系统的温度要求兼容时，我们通常会查看部件的数据表中列出的工作环境温度范围。对于大多数情况，这已经足够了，但仍然不够精确。严格地说，环境温度并不能决定部件是否能正常工作，就像室外空气温度并不能直接决定你在室内是否舒适一样。真正重要的是内部温度，即半导体所经历的温度——毕竟，是晶体管让电压调节器来调节电压，而不是塑料封装。这个内部温度称为结温度。
我们通常只看环境温度范围，因为结温通常与环境温度相似。如果你住在一个通风的木棚里，在室外用明火做饭，棚内的温度与室外温度相差不大。这就是简单的热平衡。同样的事情也发生在许多电子元件上，因为许多电子元件不会消散大量功率。这是临界点。传感器、数据转换器、微控制器、逻辑门等往往耗电量适中，因此结温与环境温度相差不大。但是线性稳压器是不同的故事。想象一下，如果你整天在木屋里烤面包。这或多或少就是电压调节器正在做的，结果是结温度可以显著超过环境温度。因此，一个关键的鲁棒线性调节器设计是确保结温度保持在可接受的范围内，即使在最坏的情况下工作条件。
首先,计算能力
确定环境温度和结温之间差异的两个因素是功耗和热阻。首先让我们看看功耗。
该图示出了线性稳压器中的两个电流路径;从输入引脚直接到地的路径称为接地电流（iGND.)，从输入引脚通过被供电电路到地的路径为负载电流(I负载）。这两个电流产生的内部功耗是
\ [P_ {I_{接地}}\ \ = I_ V_{{接地}\倍 }\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ P_ {I_{负载}}\ \ \ = I_{负载}\ * \离开(V_在}{-V_{出}\)\]
因此，调节器内部的总功耗为:
\ [p_ {total} = \ left（i_ {gnd} \ times v_ {in =右）+ \ left（i_ {load} \ times \ left（v_ {in} -v_ {out} \ \右）\右）\]
地面current-i.e。一般来说，调节器内部电路在产生稳压输出电压的过程中所消耗的电流要比负载电流小得多。因此，如果你不喜欢检查地面电流规格，你可以简单地忽略这一项，结果应该相当接近。
热阻
在调节器内消散的功率导致结温和环境温度之间的持续差异。所以我们知道调节器的内部电路总是比周围环境更热;问题是，更热了？这是热阻发挥的地方。顾名思义，该数量对应于热量抵抗热量。在调节器设计的背景下，较高的热阻意味着对想要从常规到周围环境的内部流动的热量具有更多的耐热性。较高的电阻意味着较少的热流，并且较少的热流是指更大的稳态温差。这种关系反映在以下等式中，其中热阻由θ表示，具有°C /瓦特的单元。
\ [\ delta t_ {ja} = p_ {total} \ times \ theta_ {ja} \]
所以，如果你知道监管机构的功耗（P全部的)和内部电路到周围环境的热阻(θ晶澳），您可以计算环境温度和结温之间的差异（ΔT晶澳）。不幸的是，确定θ晶澳并不完全直截了当。
首先要了解的是θ晶澳不是固定数量。这取决于您的PCB设计。实际上，这是一个关键点：您不能假设调节器的数据表中给出的环境温度范围对于所有PCB布局都有效。换句话说，如果稳压器处于最大输入电压和最大输出电流，即使环境温度保持在可接受范围内，高热阻PCB布局也可能导致部件过热。
仔细的热设计可能是至关重要的！
让我们通过一个例子来展示考虑调节器设计中热阻的重要性。这个例子是基于ADP3338低压差电压稳压器从模拟设备。相关规范如下：
最大负载电流 |
1000马 |
最大地面电流 |
30 mA |
输出电压 |
3.3 V. |
最大输入电压 |
8 V. |
最大结温 |
150℃ |
最大环境温度 |
85°C |
所以首先，我们需要回答以下问题：如果设备经受最坏情况的操作条件，则热阻必须低等？我们可以重新排列上述等式如下：
\ [\ theta_ {ja} = \ frac {\ delta t_ {ja}} {p_ {total}} \]
插入适当的值，我们得到以下内容：
\ [\ theta_ {ja} = \ frac {\ left（150 ^ {\ cir} c-85 ^ {\ circ} c \ revely）} {\ left（.03 \ a \ time8 \ v \ revely）+ \左（1 \ a \ times \ left（8 \ v-3.3 \ v \右）\右）} = \ frac {65 ^ {\ rcac} c} {4.94 \ w} = 13.2 \ \ frac {^ {\循环} c} {w}}
到现在为止还挺好 。。。除了这种低的热阻是不可能的！从ADP3338数据表中考虑下图：
这张图的目的是给你一个想法，什么热电阻期望从不同的PCB布局。因此，如果你只是焊接这个调节器到你的董事会没有提供任何额外的铜帮助散热，热电阻将是大约十倍太高了。即使是右侧的布局也包含宽大的铜板，仍然高于最坏情况操作所需的13.2°C / W。您可以通过扩展铜区域并使用多个通孔来进一步降低热阻，以提供与其他PCB层的热路径，但在这种情况下，您将永远不会达到13.2°C / W.This is because the junction-to-ambient thermal resistance is the sum of case-to-ambient thermal resistance (which depends on the layout) and junction-to-case thermal resistance (which depends only on the IC package), and the ADP3338’s junction-to-case thermal resistance is 26.8 °C/W—already twice as high as the overall thermal resistance needed for these worst-case operating conditions. Of course, this is an extreme example. In practice, you don’t push a part to its limits like this. Usually, the required thermal resistance is achievable, but you might need far more than the minimum amount of copper.
结论
适当的线性调节器的热设计易于忽略，因为在许多情况下，操作条件远非最坏情况，即使热阻从未如此进入您的思想，设计也会工作。但这个过程实际上是相当简单的，而且它可以保存你的董事会从在高环境温度下失效的墨昭。您只需计算最坏情况的功耗，然后计算热阻，以及您可以基于数据表（或类似部分的数据表）中的信息。然后，您可以计算设备的结温将低于指定的最大值的最高环境温度。
