10 月 20 日上午,立锜科技和大聯(lián)大詮鼎集團(tuán)合作在網(wǎng)上進(jìn)行了一場(chǎng)研討會(huì),會(huì)議主題是關(guān)于快充技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用的,我們的公眾號(hào)也對(duì)此進(jìn)行了提前預(yù)告,不知道你參與了沒(méi)有?
這次研討會(huì)的主講者是我給大家介紹過(guò)的 Roland,他是立锜科技駐歐洲地區(qū)的 FAE 主管,是一位經(jīng)驗(yàn)豐富又有分享熱情的技術(shù)高手,中文說(shuō)得特別好,每次出場(chǎng)都是干貨滿滿,常常能給觀眾或是讀者留下很深的印象,我在翻譯他的文章過(guò)程中也是收獲良多,這個(gè)過(guò)程甚至讓我養(yǎng)成了一個(gè)習(xí)慣,遇到感興趣的英文內(nèi)容常常就直接做翻譯,確保自己能夠準(zhǔn)確理解作者的意思,因?yàn)樯钊氲乃伎汲3?lái)一些意外的收獲,不是吃快餐的方式能夠直接替代的,而翻譯過(guò)程就有這樣的效果。這次會(huì)議的參加者有很多,甚至在大聯(lián)大主辦過(guò)的會(huì)議中是創(chuàng)了紀(jì)錄的,可惜我錯(cuò)過(guò)了第一時(shí)間觀看的機(jī)會(huì),只能另外抽時(shí)間補(bǔ)看了,因?yàn)闀?huì)議內(nèi)容是可以在網(wǎng)上回看的。
我在這場(chǎng)會(huì)議的答問(wèn)記錄中發(fā)現(xiàn)觀眾提問(wèn)多達(dá) 325 條,現(xiàn)場(chǎng)得到回復(fù)的有 218 個(gè),沒(méi)來(lái)得及回答的剩余部分則會(huì)在會(huì)后再予以回復(fù),所以我覺(jué)得協(xié)助會(huì)議進(jìn)行的同事們也很辛苦,沒(méi)有他們還真的是不行。我雖還沒(méi)有觀看演講內(nèi)容,但這些答問(wèn)信息也給了我耳目一新之感,過(guò)去所知的規(guī)范內(nèi)容已經(jīng)有了許多更新,立锜的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)也到了全新階段,滿足新需求的產(chǎn)品已經(jīng)或正在陸續(xù)到來(lái),不追蹤可能還真是不行,因?yàn)橥饷嬉呀?jīng)變天了,我不能拿著老皇歷看新時(shí)代。
雖然世界的表現(xiàn)形式一直在變化,基本的物理規(guī)律卻是不會(huì)隨著人的意志而發(fā)生變化的,這是我們技術(shù)工作者的幸運(yùn)之處,因?yàn)橹灰阕プ×烁?,外觀的表現(xiàn)變化再大也是能被你所理解并掌握的。前段時(shí)間寫了一篇反映高壓線性穩(wěn)壓器局限性的文章,里面提到在將 60V 的高壓加到 RT9072 的輸入端以得到 3.3V 輸出時(shí),如果負(fù)載電流為持續(xù)的 20mA,RT9072 就會(huì)熱到受不了,必須先用 Buck 轉(zhuǎn)換器將高壓轉(zhuǎn)換為低壓再后接線性穩(wěn)壓器,發(fā)熱問(wèn)題才能得到解決。
然后我又另外舉了一個(gè)例子,假如同樣環(huán)境下的 RT9072 的負(fù)載是脈沖負(fù)載,僅僅會(huì)在每一秒鐘的很短時(shí)間里會(huì)有 20mA 的負(fù)載,這時(shí)候的 RT9072 就能承擔(dān)了。因?yàn)檫@樣的表達(dá)方式,有讀者留言問(wèn)這是否意味著 RT9072 的 20mA 只能偶爾出現(xiàn)、不能持續(xù)出現(xiàn),我的回答是這樣的理解是不完整的,現(xiàn)在就再把這個(gè)問(wèn)題拿來(lái)聊一下。
我們先來(lái)看公式:
這是用來(lái)計(jì)算上面所說(shuō)滿載條件下的 RT9072 所承載的功耗的計(jì)算公式,計(jì)算結(jié)果的單位為 W。因?yàn)?1.134W 的功耗超過(guò)了 RT9072 的封裝所能夠承載的最大功耗 0.45W,所以 RT9072 是不能在這一條件下工作的?,F(xiàn)在我們就以 0.45W 的最大功耗作為限制指標(biāo),在輸出電壓、負(fù)載電流不變的情況下,看看輸入電壓的可用范圍是什么。根據(jù)這一訴求,我們可以列出如下不等式:
經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換就可以得到如下結(jié)果:
這個(gè)意思就是說(shuō),在輸出電壓等于 3.3V、負(fù)載電流等于 20mA 的情況下,只要輸入電壓低于 25.8V,RT9702 就能承受這個(gè)工作條件,它就能在這樣的條件下工作。同樣的,假如保持負(fù)載電流不變,同時(shí)選定一個(gè)高于 25.8V 的輸入電壓,你也可以得到一個(gè) RT9702 可以承受的穩(wěn)定輸出電壓,但這個(gè)數(shù)據(jù)就不會(huì)是 3.3V 了,它必須是高于 3.3V 的另外一個(gè)數(shù)據(jù),這個(gè)結(jié)論也是根據(jù)上述的計(jì)算公式變換得來(lái)的。如果我們?cè)龠M(jìn)一步在上面的數(shù)據(jù)上下功夫,還可以發(fā)現(xiàn)我們可以對(duì) 0.45W 的最大功耗做點(diǎn)動(dòng)作,因?yàn)樗彩且粋€(gè)可變的東西。實(shí)際上, 0.45W 是 RT9072 所采用的 SOT-23-5 封裝的最大耗散功率,其定義在規(guī)格書(shū)里有給出來(lái):
這個(gè)公式的右邊有三個(gè)物理量,TJ(MAX) 是容許的最高結(jié)溫,TA 是環(huán)境溫度,θJA 是從 RT9072 的內(nèi)核到周圍環(huán)境之間的熱阻。RT9072 最主要的發(fā)熱部位是其調(diào)整管的溝道,其溫度用 TJ 表示。TJ(MAX) 是 IC 在工作過(guò)程中容許出現(xiàn)的最高溫度,其值為 125℃,IC 在這個(gè)溫度下的性能指標(biāo)是能得到保證的,超過(guò)以后就不好說(shuō)了。為了確保 IC 不會(huì)被高溫?fù)p壞,它的內(nèi)部會(huì)有一個(gè)測(cè)溫電路,當(dāng)其發(fā)現(xiàn) TJ 超過(guò) 150℃ 時(shí)會(huì)發(fā)起過(guò)熱保護(hù),實(shí)際上就是將其輸出完全關(guān)掉,退出了正常輸出的狀態(tài),此后已經(jīng)形成的熱量還會(huì)繼續(xù)通過(guò)所有的渠道向周圍環(huán)境釋放,等到 TJ 回落 20℃ 以后又會(huì)重新嘗試著啟動(dòng)輸出。
熱阻對(duì)熱的傳播的意義與電阻對(duì)電荷的移動(dòng)的阻礙作用類似,如果熱阻越小,熱量的傳導(dǎo)就越容易,相同功率的發(fā)熱量所帶來(lái)的溫升就越小。采用 SOT-23-5 封裝的 RT9072 在被焊接到符合 JEDEC 51-7 標(biāo)準(zhǔn)所定義的四層 PCB 板上時(shí),IC 內(nèi)核到周圍環(huán)境之間的熱阻是 218.1℃/W,而這里所謂的周圍環(huán)境是指 25℃ 的穩(wěn)定空氣,如果你能將所用 PCB 的散熱能力做得比 JEDEC 51-7 標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的更好,最簡(jiǎn)單的做法就是加大焊盤面積、增加熱傳導(dǎo)孔等等,你甚至還可以給它裝上散熱片,使用散熱風(fēng)機(jī)等等,這樣就可以把熱阻減小,RT9072 的功率耗散能力就會(huì)進(jìn)一步增加,反之則就會(huì)下降。
上圖是 RT9072 規(guī)格書(shū)里給出來(lái)的降額使用曲線,即當(dāng)環(huán)境溫度高于 25℃ 時(shí),處于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境之下的最大功率耗散能力就會(huì)相應(yīng)降低,設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到這一點(diǎn),避免出現(xiàn)應(yīng)用中的過(guò)熱現(xiàn)象。相反的,如果你能將環(huán)境溫度降下去,RT9072 的功率耗散能力就能提高,過(guò)熱現(xiàn)象也就不容易出現(xiàn)了。討論過(guò)了負(fù)載連續(xù)情況下的發(fā)熱問(wèn)題,讓我們?cè)賮?lái)審視一下非連續(xù)負(fù)載的情況。我們說(shuō)過(guò)的 RT9072 負(fù)載不連續(xù)的工作參數(shù)是這樣的:輸入電壓為 60V,輸出電壓為 3.3V,負(fù)載電流以 1s 為周期進(jìn)行變化,其中只有 10ms 的負(fù)載是 20mA,另外的 990ms 都是 0.1mA,則落在 RT9072 上的平均功耗為
即 0.0169533W,這個(gè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)小于 0.45W,所以 RT9072 就可以在這樣的脈動(dòng)負(fù)載下工作?,F(xiàn)在我們嘗試著將負(fù)載電流的變化周期進(jìn)行一下修改,例如將 1s 改變成 100s 或 1000s 甚至更多,但是脈沖負(fù)載出現(xiàn)的時(shí)間占比依然不變,則平均功耗的計(jì)算公式之計(jì)算結(jié)果就不會(huì)發(fā)生任何變化,請(qǐng)問(wèn) RT9072 的工作狀態(tài)又會(huì)不會(huì)有任何變化呢?這個(gè)問(wèn)題就不再這里繼續(xù)聊了,僅供有興趣者思之。
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原文標(biāo)題:再談高壓線性穩(wěn)壓器的功耗與發(fā)熱問(wèn)題
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