热功耗计算(静态功耗计算公式)

LDO

在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。最常见的供电方式有低压差线性稳压器（LDO）开关电源（DC-DC）和电荷泵（Charge Pump）三种。

针对不同的应用，我们需要权衡各方面的因素，如功能，效率，功耗和复杂度等，最终选型确定应用哪种类型的电源芯片。下表是三种电源芯片的对比：

表1 LDO/DC-DC/Charge Pump对比表

低压差线性稳压器（LDO）以电路结构简单、占用面积小、高纹波抑制比等优点，牢固地占据着电源管理IC市场的一席之地，市场用量巨大，本文简单介绍一下LDO的压差，功耗和耗散功率这三个参数，以及设计上需要注意的问题。

目前常见的LDO大都是CMOS工艺设计的，其内部架构（如下图 1）主要包括：启动电路，恒流源偏置单元，控制单元，调整元件，基准源，误差放大器，反馈网络（取样电路），保护电路等。基本工作流程为：系统上电后， 判断使能脚是否处于高电平，如果为高电平，电路开始启动；基准源电压快速在恒流源提供的偏置电压下建立，输出电压上升。然后，误差放大器将输出反馈电压和基准源之间的误差小信号放大，形成负反馈，从而保证输出电压稳定不变。负载电流和电压变化时，负反馈电路也会起作用达到稳压电压的功能。

图1 P-MOS型LDO稳压器结构图

压差

低压差线性稳压器(LDO)在正常工作时，输入和输出之间需要保持一个最小的电压差，这个电压差称为压降（Dropout Voltage）。

以MOS型的线性稳压器为例，压降由内部P-MOS的导通电阻Ron和电流决定：

VDROP=RON*IOUT

静态功耗（对地电流）

输入端的电流有一部分不流向负载而是流入GND，这个电流通常称为对地电流，是线性稳压器自身的工作耗电。与供给负载提供的电流相比，这个电流只是很小的一部分。在高负载电流时，消耗在线性稳压器内部功率管上的功耗仍是影响工作效率的主要原因。在空载或者小负载时，对地电流是影响效率的主要因素。

耗散功率Pd

Pd=(VIN-VOUT)*IOUT

在评估LDO的热损耗时，也即LDO自身的温升，可以简单的用下面公式计算：

(VIN－VOUT)×IOUT×RθJA

RθJA 为封装的热阻系数（这个值越小，散热性能越好）

耗散功率制约着LDO的输出电流，封装尺寸越大，耗散功率也就越大。

LDO应用注意事项

大部分LDO都设计有温度保护功能，当PN结的结温过高，达到所设定的温度值，就会触发热保护电路发出信号给控制逻辑关闭芯片输出。当PN结温度低于设定保护温度值，芯片会自动重新启动。芯片实际能提供的最大输出功率取决于系统的散热设计, 包括环境温度和冷却散热设计，比如装散热片、风冷却等、增大GND脚的PCB面积也能获得好的散热性能。

另外设计上需要注意的事项有：

1）大部分LDO内部电路使用了相位补偿电路、利用输出电容的ESR来补偿，故输出脚到GND最好接大于1uF的电容器。

2）输入脚和输出脚对GND所接的电容要尽量将电容分别最靠近LDO的VIN和VOUT脚。

3）注意输入和输出电压与负载电流的使用条件，使PN结的结温低于过热保护温度。

PN结温的大概估算方式：TPN = (VIN－VOUT)×IOUT×RθJA+T环境温度

IOUT即负载电流；

T环境温度即环境温度。