确定线性稳压器的包装限制范围

工程师喜欢低压差 (LDO) 线性稳压器，因为它们简单、易于使用、价格低廉和低噪声。典型的线性稳压器仅需要几个外部电容器和电阻器即可完全实现 DC/DC 转换器。
   
通常，工程师根据数据表前面列出的一些规格来选择线性稳压器，这些规格概述了稳压器的工作范围，例如输入电压范围、输出电压、输出电流和压差。然后，工程师通常会寻找的封装尺寸，以使整体解决方案的尺寸化。

问题就在这里。包装的热特性可能会对数据表中列出的操作范围施加限制。

例如，TPS73401 线性稳压器的数据表指出，输入电压范围为 2.7V 至 6.5V，输出电压可设置为 1.2V 至 6.3V 之间的任意值，并且该器件可提供高达 250mA 的输出电流并采用 5 引脚 TSOT23（或 6 引脚 SON）封装。根据这些规格，线性稳压器的工作包络线可以绘制如下图 1所示。

图 1. 数据表隐含的线性稳压器工作区域

上图 1中的 X 轴 是输入电压减去输出电压，或者更简单地说是线性稳压器两端的压降。工作窗口 X 轴的下端受到线性稳压器的压差电压的限制，而上端则受到稳压器可支持的输入电压和输出电压的限制。
   
Y 轴是指定调节器的负载电流。然而，这个理想的工作范围没有考虑功耗，因此也没有考虑器件在任何这些工作点上的结温升。必须进行热分析才能充分了解实际操作范围。
   
热分析的步是确定线性稳压器的功耗。
   
线性稳压器消耗的功率是一个相当简单的计算。稳压器两端的电压降乘以流经稳压器的负载电流会消耗功率。
   
由于运行内部逻辑和控制功能所需的静态电流，会产生额外的功率损耗。该功率损耗就是静态电流或接地引脚电流乘以输入电压。线性稳压器总功耗的公式如下面的公式 1所示。
   
许多较旧的标准线性稳压器（非低压差）是使用双极晶体管实现的。双极晶体管要求电流始终流入基极，以便使晶体管偏置导通。该基极电流增加了线性稳压器的静态电流或接地引脚电流。这些旧器件的接地引脚电流可能在数十毫安范围内，这明显增加了线性稳压器的功耗。
   
大多数新型 LDO 线性稳压器都是使用 MOSFET 而不是双极晶体管来实现的。MOSFET 不需要恒定的栅极电流，因此静态电流通常非常小。在这种情况下，上面等式 1的一项 （包括接地引脚电流）与项相比可以忽略不计，可以忽略不计。分析的下一步是确定线性稳压器的结温。简单的方法是将功耗乘以所用封装的热阻抗，从而产生温升。可以将其添加到电路板周围空气的环境温度中以计算结点温度。