Part 01前言

LDO的核心工作原理是通过内部的功率器件，如PMOS或PNP将输入电压调整到所需的输出电压。调整过程中，输入与输出电压差乘以负载电流会产生功率损耗PD，几乎全部转化为热量。如果这些热量无法有效散出，稳压器的结温TJ将升高，可能超过datasheet规定的最大结温如125°C，从而影响器件可靠性，甚至导致永久性损坏。

热管理不仅是选择合适封装的问题，还涉及电路板设计、散热条件以及不同厂商的规格差异等多个方面。以下总结了LDO电路设计选型时需要关注的三大因素。

 

Part 02三大因素

1. 不同厂商的热参数差异

不同厂商在提供LDO数据手册时，对热阻参数如θ_JA，结到环境的热阻的定义和测试条件可能存在显著差异。例如，TI的PowerPAD封装通过增加铜箔面积显著降低了θJA，而其他厂商可能基于不同的电路板层数、铜箔厚度或气流条件来标示热阻。这意味着，即便两款稳压器看似规格相似，其实际热性能可能大相径庭。

此外，厂商在测试θJA时可能假设不同的散热条件（如是否有强制气流(也就是风扇散热)、PCB铜箔面积等）。如果工程师直接拿来数据手册中的θJA值进行比较，而忽略测试条件的差异，可能导致错误的器件选择。

那我们该如何应对呢？

查阅数据手册：仔细阅读数据手册中的热参数测试条件，尤其是PCB设计（如单层或多层、铜箔覆盖率）和气流条件（0 CFM或250 CFM）。

参考JEDEC标准：JEDEC标准（如JESD51）提供了统一的热阻测试方法，优先选择符合该标准的厂商数据，毕竟标准统一，方便我们后期设计。

实际测试验证：这一部一般也少不了，比如使用热成像仪或温度传感器验证实际结温，确认是否符合预期。

2. 理论计算不符但器件正常工作

有时，硬件工程师按照热方程（θJA = (TJ(max) - TA) / PD）计算后，发现器件似乎无法满足热要求，但实际测试中器件却能正常工作。这是啥原因呢？推测的话呢可能有以下原因：

1.厂商提供的数据手册通常基于最坏情况（如无气流、单层PCB），而实际应用中的散热条件可能更好，如多层板或额外散热片。

2.实际应用中的气流、散热片的热传导可能改善了散热效果。

举个例子，假设我们使用1.8V输出，100mA稳压器，输入电压为5V，环境温度TA=70°C，最大结温TJ(max)=125°C。我们需要判断其SOT-23封装是否满足热要求。

首先计算功率损耗：PD = (VI - VO) × IO = (5 - 1.8) × 0.1 = 0.32 W

计算所需热阻：θJA = (TJ(max) - TA) / PD = (125 - 70) / 0.32 ≈ 171.875 °C/W

如果此时数据手册SOT-23封装在无气流条件下的θJA为200°C/W，高于计算所需的171.875°C/W，那么理论上是不满足要求的。但是在实际电路中，PCB可能有多层铜箔或轻微气流，导致实际θJA低于200°C/W。假设实际θJA降至150°C/W，重新计算结温：TJ = TA + PD × θJA = 70 + 0.32 × 150 = 118 °C 此时，TJ < 125°C，器件可以正常工作。

所以通过增加铜箔面积或使用多层板可显著降低θJA。所以温升能不能行，在样机阶段，还是要使用热电偶或红外测温仪验证实际结温，仅依赖理论计算还是不太全面的。

3. 降额设计

降额设计是指将器件的工作条件控制在低于其绝对最大额定值，以提高可靠性和寿命。通过Arrhenius模型说明，降低结温可以显著延长器件寿命。例如，降低10°C的结温，平均无故障时间MTBF可翻倍。

Arrhenius模型公式如下：

其中，Ea为激活能（典型值0.9eV），k为玻尔兹曼常数（8.6 × 10⁻⁵ eV/K），T1和T2为绝对温度（单位K）。

假设一款LDO的最大结温为125°C（398K），我们将其降额到115°C（388K），激活能Ea=0.9 eV，计算MTBF的变化：

 f = exp [ 0.9 / (8.6 × 10⁻⁵) × (1/388 - 1/398) ] = exp [ 10465.12 × (0.002577 - 0.002513) ] ≈ exp(0.669) ≈ 1.952 MTBF提高约1.95倍，接近翻倍。

在高可靠性应用中，建议将结温控制在最大额定值的80%-90%。降额可能需要更大封装或额外散热措施，那么就需在成本与可靠性间找到平衡。有些LDO规格书会给推荐的降额曲线，也可以参考。

 

来源：硬件那点事儿

关键词： LDO电路 设计 选型