熱力學(xué)中常犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是選擇和線性穩(wěn)壓器一樣簡(jiǎn)易的裝置。當(dāng)設(shè)計(jì)上臺(tái)面后，設(shè)計(jì)師通常會(huì)意識(shí)到自己的錯(cuò)誤。更糟的是，由于穩(wěn)壓器的運(yùn)行溫度超過(guò)其額定溫度，這種設(shè)計(jì)在實(shí)際使用中會(huì)發(fā)生故障。憑借新型線性穩(wěn)壓器的新功能和規(guī)格，很容易忽視封裝中消散的功率。

記住，線性穩(wěn)壓器基本上由一個(gè)旁路元件和一個(gè)控制器組成。該元件是一個(gè)晶體管，可以在控制回路的幫助下作為可變電阻器，在旁路元件和負(fù)荷之間形成一個(gè)分壓器。

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圖1. 線性穩(wěn)壓器框圖。注意，旁路元件將在其自身和負(fù)荷之間形成一個(gè)分壓器，起到耗散功率的作用。

人們常常忽略了它并非一個(gè)神奇實(shí)體的事實(shí)。旁路元件上的電壓會(huì)降低，并逐漸升溫。例如，如果圖1中的電路有100毫安的恒定負(fù)荷，則可以將其簡(jiǎn)化并模擬用于圖2所示的熱目的。當(dāng)輸入電壓為5V，輸出電壓和功率分別為3.3V和100mA時(shí)，旁路元件耗散的功率將達(dá)到170MW。

那么如果輸入電壓為24伏時(shí)會(huì)怎樣？此時(shí)的耗散功率為（24-3.3）×100 MA =2.07瓦。該功率會(huì)使許多150毫安的微型穩(wěn)壓器過(guò)熱。當(dāng)然，我們對(duì)此都了解。我們都知道，V = I * R和P = I* V。但是，我們要冷靜思考，“但它只有100毫安，或50毫安，或等等。”那么宇宙的無(wú)情規(guī)律會(huì)偷襲，以極像吉布斯的方式打得我們措手不及[1]。

圖2. 穩(wěn)態(tài)下簡(jiǎn)化模式的線性穩(wěn)壓器可以顯示功率耗散的位置。

這是我在第一級(jí)用來(lái)尋找線性穩(wěn)壓器的方法，就是要確定封裝，更重要的是確定封裝中的功率。如要計(jì)算功耗，則可非常快速地轉(zhuǎn)到選擇封裝尺寸的問(wèn)題上來(lái)。

1. 計(jì)算功耗。記住，線性穩(wěn)壓器僅僅是用來(lái)將額外的電壓降轉(zhuǎn)換成熱量的一個(gè)可變電阻器（等式1）：

Pd= (Vi-V_OUT)*I_OUT（等式1）

2. 計(jì)算設(shè)計(jì)期望最大工作溫度所需的θjA。θjA是相對(duì)于環(huán)境溫度的結(jié)點(diǎn)熱阻抗，基于印刷電路板（攝氏度/ W）的封裝，通常是在150℃的典型最大結(jié)溫（注意，有些部件的最高結(jié)溫可能較低，一定要查看數(shù)據(jù)表）條件下計(jì)算出來(lái)的。所需θjA應(yīng)為（方程式2）：

≤（最高結(jié)溫 - 最高工作溫度）/Pd（等式2）。

• 濾掉封裝中的器件，這樣θjA比滿足此初始結(jié)溫要求的上述計(jì)算結(jié)果要低。在最高結(jié)溫時(shí)操作會(huì)影響其可靠性。視電路板、氣流、環(huán)境和附近的其他熱源而定，留一定的余量始終是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

• 只要根據(jù)熱需求對(duì)該清單進(jìn)行縮減，則可以大大降低實(shí)現(xiàn)其它功能的難度，如：快速瞬態(tài)響應(yīng)、電源良好、使能、低噪音等。

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使用該熱計(jì)算器可簡(jiǎn)單計(jì)算出熱量值。

可更深入地檢查熱分析，首次分析有助于濾掉無(wú)法正常工作的零件，并找出更可能正常工作的零件。下文提供的參考文獻(xiàn)能夠讓您更深入了解這個(gè)話題，并介紹了影響熱設(shè)計(jì)的更多其它因素。

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參考文獻(xiàn)

• Siva Gurrum和Matt Romig“使用用于模擬組件的熱計(jì)算工具，”申請(qǐng)報(bào)告（SLUA566），德州儀器，2010年9月。

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