如何為你的高性能系統(tǒng)挑選合適的低壓降穩(wěn)壓器

　　大部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可能都會(huì)同意線性穩(wěn)壓器是眾多穩(wěn)壓器之中最容易使用的一種，而且由于這個(gè)原因，也最受系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師歡迎。但新一代的系統(tǒng)要求極為嚴(yán)格，因此只采用線性穩(wěn)壓技術(shù)的高性能系統(tǒng)會(huì)受到較多的制約，以致很難充分發(fā)揮其性能。這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)帶出以下幾個(gè)問題：系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師構(gòu)思新產(chǎn)品時(shí)可以獲得哪一方面的技術(shù)支持？采用線性穩(wěn)壓技術(shù)的直流/直流功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？是否比采用其他線路布局的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)優(yōu)勝？技術(shù)上又有什么局限？若以同一應(yīng)用作比較，哪一類的低壓降穩(wěn)壓器有較高的效率？不同廠商的線性穩(wěn)壓器是否有高下優(yōu)劣之別？

　　看起來這些問題好像非常簡(jiǎn)單，其實(shí)問題的答案比我們想象復(fù)雜，因?yàn)樾枰紤]的重要因素及技術(shù)參數(shù)非常多，加上有關(guān)因素的重要性經(jīng)常被人忽略，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師做出取舍時(shí)必須小心謹(jǐn)慎。由于新產(chǎn)品的供電要求越趨嚴(yán)格，電路板的面積也不斷縮小，加上系統(tǒng)必須保證能發(fā)揮最基本的性能，因此我們必須為新產(chǎn)品挑選合適的低壓降穩(wěn)壓器。好的低壓降穩(wěn)壓器可以解決很多應(yīng)用上的問題；若穩(wěn)壓器的選擇不當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)根本就無法落實(shí)執(zhí)行。

　　散熱、效率及封裝

　　線性穩(wěn)壓器的輸入功率并非完全能從輸出端口輸出，兩者的相差都會(huì)轉(zhuǎn)為熱能耗散掉。功率耗散 (Pd) 可以根據(jù)以下的公式粗略估算：

　　Pd = (Vin – Vout) * Iout

　　若要更精確計(jì)算功率耗散，我們必須將 Vin * Iq 這個(gè)變項(xiàng)計(jì)算在內(nèi)。功率耗散總額可以根據(jù)以下公式計(jì)算出來：

　　Pd = (Vin – Vout) * Iout + Vin * Iq

　　若按照上述兩條公式，再將 5 伏 (V) 電壓調(diào)低至 1.5 伏 (靜態(tài)電流為 300mA)，那么線性穩(wěn)壓器耗散為熱能的功率不會(huì)少于：

　　(5 – 1.5) * 0.35 = 1.225W

　　究竟這個(gè)功耗量應(yīng)視為高還是低呢？有關(guān)這個(gè)問題我們不可過早做出判斷，我們必須根據(jù)芯片封裝以及電路板的類型與面積 (若采用表面貼裝封裝)，找出這些變項(xiàng)與溫度上升幅度之間的函數(shù)關(guān)系，從而計(jì)算 1.225W 的功率耗散究竟會(huì)令溫度上升多少。這樣我們才可作出一個(gè)較為全面的判斷，確定 1.225W 的功率耗散是高還是低。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師一般都喜歡采用最小巧的封裝，但這類封裝的熱阻值非常高，因此散熱能力也最差。

　　標(biāo)準(zhǔn) SOT-23 及 SC-70 等小巧封裝的 qJA 值介于 200度/W 與 400度/W 之間。體積不大不小的 SOT-223、TO-252 (DPAK) 及其它無掩蔽焊球 SMD 封裝 (包括 PSOP 及 ETSSOP) 的 qJA 值則介于 50度/W 與 90度/W 之間。一般來說，只有較大的封裝 (例如 TO-220 及 TO-263) 才有較理想的 qJA 值，其數(shù)值介于 40度/W 與 60度/W 之間。大致上，這是封裝大小與溫度上升幅度之間的變化規(guī)律，適用于除 LLP之外的所有封裝。由于 LLP封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為特別，例如晶片以面向上、底朝下的方式置于金屬面，而金屬面則設(shè)于封裝底部，并無任何掩蔽，因此這種超小型封裝的熱阻極低，甚至可媲美較大的封裝，是目前唯一一種熱阻值這樣低的超小型封裝。

　　上述數(shù)字對(duì)系統(tǒng)溫度有什么影響？若功率耗散為 Pd = 1.225W，理論上 2.85mm x 3mm 的 SOT-23 封裝的溫度至少會(huì)上升 300度。6.6mm x 9.7mm 的 DPAK 封裝的受熱溫度會(huì)比環(huán)境溫度高 80度，只有 10.4mm x 14.35mm 的 TO-263 封裝或 2.9mm x 3.3mm 的 LLP 封裝才有較小的溫度升幅 (50度)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師若懂得如何選擇合適的線性穩(wěn)壓器封裝，便可大致知道是否需要改用開關(guān)穩(wěn)壓器。