关于车用36V低耗电LDO与热处理问题的分析和介绍

汽车是一个相当复杂的可运动实体，它内部各处可能的温度范围是完全不同的，给人的感受也完全不一样。我很不喜欢在行车以后打开引擎盖，扑面而来的热流让我觉得很不舒服，但是呆在车厢里就是我很喜欢的状态，即使是在阳光照耀之下，我也常常关着车窗就在车里睡觉，因为我的车顶天窗装有一块太阳能电池，它在车辆处于驻车状态时会主动驱动换气扇给车内送入新风，根本不用担心闷死人的状况会发生在我身上。

按照权威机构提供的信息，汽车内部各处的可能温度范围如下表所示：

为了满足各种不同温度级别的需要，各种针对元器件的认证级别也就诞生了：

在温度范围越宽的地方，对所用产品品质的管控也会越严格，需要采取的措施也会越多，所以，即使简单如 LDO，产品也会分出不同的级别来。

上期文章已经提到符合车规的 36V、2µA 耗电线性稳压器有两个型号，RT2560Q 和 RTQ2569-QA，负载能力都是 100mA，认证级别分别为 AEC-Q100 Grade 3 和 Grade 1，也就是说 RT2560Q 可以在 -40℃~85℃ 范围内正常使用，RTQ2569-QA 可以在 -40℃~125℃ 范围内正常使用，用户可以根据自己的需要进行选择，它们的成本不一样，带给用户的保障也会不同。

RT2560Q 在电路图上是一副三端稳压器的样子：

它的封装却很奢侈，为带有外露式散热焊盘的 SOP-8，其外观及引脚分布如下图所示：

RT2560Q 的封装和引脚分布

RTQ2569-QA 则使用了 WDFN 封装，平面尺寸为 3mmX3mm，厚度只有 0.8mm（最大值），体积比前者小很多，功率耗散能力为 2.85W（在 25℃ 环境温度下，空气处于静止状态），超过了前者的 2.041W，这就让它拥有了更高的热承载能力，使用性能会更好些，可以使用在空间受限的地方。

RTQ2569-QA 的封装和引脚分布

线性稳压器的功耗是用下述公式进行计算的：

PD = (VIN - VOUT) × IOUT + VIN × IQ

这个功耗会转换为热量并通过传导的方式从芯片内核向外壳传播，再由外壳向周围环境传导或是辐射。热量从内核向外壳传导时遇到的阻力被称为热阻 θJC，热量由外壳传播到周围环境时遇到的阻力被称为热阻 θCA，热量从内核传播到周围环境时遇到的阻力被称为热阻 θJA，并且有 θJA = θJC + θCA。

θJC 是由封装形式决定的，一旦选定就无法改变。θCA 是由芯片与 PCB 的接触方式、散热铜箔的大小、PCB 厚度、通孔设计、周围元件的布局以及空气流动状况等复杂因素共同决定的，用户的设计可以对它发生很大的影响。

规格书中提供的封装最大耗散功率由这些因素共同决定：芯片内核容许的最高温度（结温，Junction Temperature），25℃ 的环境温度，芯片被焊接在符合 JEDEC 51-7 标准的 4 层测试板上，周围空气处于静止状态，这后面的两点就决定了热阻 θCA 的大小，相应地 θJA 也就被确定了，它们之间的关系如下式所示：

PD(MAX)  = (TJ(MAX) - TA ) / θJA

在这个公式中，TJ(MAX) 由芯片本身确定，θJA 由应用设计确定，唯有 TA 是由环境确定的，所以环境温度的变化决定了 PD(MAX)  的大小，这将传递到上述的 PD 计算公式中，使得 VIN 的最大值受到限制（其它参数由 IC 以及应用确定）。

在应用设计过程中，要想获得最大的 PD(MAX) ，最好的做法就是降低热阻 θJA，RT2560Q 的规格书在这方面做了一点指引，它给出了不同散热铜箔面积所带来的 θJA 的数据以供参考。

很显然，散热铜箔越大，热阻 θJA 就越低，而前文所述这种带有外露式散热焊盘的 SOP-8 封装 2.041W 的功率耗散能力是在 θJA 为 75℃/W 的热阻下计算得到的，我们由此可以推知 JEDEC 51-7 标准中的测试板的设计使用的散热铜箔就和 (a) 情形相同，这实在是一个非常受限的设计，其它做法都会比它好很多，但我们也能理解这就是一个标准所能做的事情，我们不该对它要求太多，反而要去善用它，利用它的规则看到不同封装的特性，帮助我们在设计中做出正确的选择。

在较高的温度下使用稳压器时，必须考虑到环境温度 TA 对功率耗散能力的影响，对设计进行降额处理是必须的，以 RT2560Q 为例，请参考规格书中的下图进行思考，它的依据就来源于上述的这些信息。

在我过去的技术支持实践中看到人们在选用 LDO 时最容易忽略的问题就是热问题，希望这里提供的信息能够帮助读者建立起一些思考的基础，降低选型以及设计中的错误出现几率。