LDO 散热计算
算出线性稳压器自己吃掉多少功率、结温会升到多少度,以及现在的散热条件能撑多大电流。
耗散 P = (Vin − Vout)× Iout + Vin × Iq。热阻值请以器件手册为准,这里给的是常见封装的参考值。
预计结温
258.5 ℃
结温余量 -133.5 ℃(上限 125 ℃)
超过最高结温,必须重新设计
效率只有 42%,压差越大效率越低。输入 12V 降到 3.3V 这类场合,用同步 Buck 会比 LDO 省一半以上的电。
耗散超过 1W,靠封装自身散热很难撑住,建议加散热片或改用开关电源。
结温已经超过上限,芯片会触发热关断或直接损坏,必须降电流、降输入电压或改善散热。
不同环境温度下的允许电流
按当前的散热条件,把环境温度换成夏季机箱内可能达到的温度再看一遍,避免常温测试通过、夏天反复热关断。
| 环境温度 | 允许最大电流 | 当前电流下的结温 |
|---|---|---|
| 25 ℃ | 227 mA | 243.5 ℃ |
| 40 ℃ | 192 mA | 258.5 ℃ |
| 60 ℃ | 146 mA | 278.5 ℃ |
| 85 ℃ | 89 mA | 303.5 ℃ |
散热设计的几个前提
耗散和压差、电流都成正比。P = (Vin − Vout) × Iout。同样是 1A,5V 降到 3.3V 只耗 1.7W,12V 降到 3.3V 要耗 8.7W。LDO 的效率上限就是 Vout / Vin,压差越大越吃亏。
θJA 是带条件的,不是封装的固有属性。手册里的 θJA 通常按 JEDEC 标准板、特定铜箔面积测得,实际 PCB 的铜箔面积、层数、周围器件都会改变它。板子上只留一小块焊盘时,实际热阻可能比手册值高出一半,所以按手册算完还要留余量。
加散热片走的是 θJC + θCS + θSA。结到壳的热阻由封装决定,壳到散热片之间要涂导热硅脂(约 0.5–1.5℃/W),散热片到环境的热阻看面积和风道。TO-220 不加散热片时 θJA 约 50℃/W,加了小散热片能降到 10℃/W 以下。
热关断是保护,不是工作点。大多数 LDO 在结温 150℃ 左右触发热关断,降到 130℃ 左右再恢复。如果设备在满载时反复重启、输出间歇性掉电,先摸一下稳压器烫不烫,而不是怀疑负载。
输出电容的 ESR 会影响稳定性。老式 LDO 要求输出电容有一定 ESR(常见 0.1–2Ω),用低 ESR 的陶瓷电容反而会振荡。只有手册标称 ceramic stable 的型号才能直接上陶瓷电容。选型时要看稳定性曲线,不要只看容量。
压差大、电流大就该换 Buck。输入 12V、输出 5V、电流 1A 时,LDO 要耗 7W,而同步 Buck 效率能到 90% 以上,发热只有零点几瓦。LDO 的优势是输出干净、外围少、没有开关噪声,适合给模拟前端和射频供电。
想知道压差和电流变化对耗散的影响,用欧姆定律计算;要给 LDO 前面选合适的线径,用AWG 线规换算;电池供电设备要估整体续航,用电池续航计算。
常见问题
LDO 的耗散到底怎么算?
全部压差都变成热:P = (Vin − Vout) × Iout + Vin × Iq。第二项是静态电流的贡献,小电流时不能忽略。比如 12V 降到 5V、0.5A,光前一项就 3.5W,已经需要散热片了。
θJA 和 θJC 该用哪个?
不加散热片时用封装到环境的 θJA,直接算结温 = 环境温度 + P × θJA。加散热片时改走串联热阻:结到壳 θJC + 壳到散热片 θCS(涂硅脂约 0.5–1.5℃/W)+ 散热片到环境 θSA。
手册上的 θJA 为什么和实际差很多?
手册的 θJA 是在标准测试板、特定铜箔面积和环境下测的。实际 PCB 铜箔小、周围有发热器件、机箱不通风时,真实热阻会明显更高。按手册算完至少留 20℃ 余量,重要设计要实测。
结温多少算安全?
常见上限是 125℃ 或 150℃,但那是极限值,不是工作点。长期可靠工作建议结温不超过 100–110℃,留 20℃ 以上余量。设备在夏天机箱内温度可能到 60℃,要按这个环境温度重算。
什么时候该放弃 LDO 改用 Buck?
压差大、电流大、效率要求高的时候。12V 降到 3.3V、1A,LDO 要耗 8.7W,效率只有 27%;同步 Buck 效率能到 90%,发热不到 1W。LDO 适合压差小、电流小、对噪声敏感的场合。
为什么加了散热片还是不凉?
先看壳和散热片之间有没有涂硅脂、接触面平不平;再看散热片是不是被机箱闷住、周围有没有热源。还有一点容易忽略:TO-220 的金属背板通常和中间脚相连,直接拧到接地的散热片上可能短路,需要绝缘垫片。