Part 01 前言
LDO又叫低壓差線性穩(wěn)壓器是電源設(shè)計(jì)中的常客，比如某款LDO規(guī)格書(shū)上寫著額定電流100mA，乍一看好像能穩(wěn)穩(wěn)輸出100mA，驅(qū)動(dòng)你的負(fù)載毫無(wú)壓力。但現(xiàn)實(shí)往往沒(méi)那么簡(jiǎn)單！就像你買了輛標(biāo)著“最高時(shí)速100km/h”的小車，實(shí)際開(kāi)起來(lái)能不能到100，還得看路況、油門和散熱——哦不，風(fēng)阻。今天咱們就來(lái)聊聊LDO的額定電流那些事兒！
Part 02 額定電流100mA：真的能輸出100mA嗎？
LDO規(guī)格書(shū)上寫的額定電流100mA，通常是指在“理想條件”下能輸出的最大電流。但這個(gè)“理想條件”往往和實(shí)際應(yīng)用差了十萬(wàn)八千里。那規(guī)格書(shū)中的“理想條件”是啥呢？
特定的散熱設(shè)計(jì)：比如用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板，散熱焊盤面積大，熱阻低。
環(huán)境溫度：通常是25°C，實(shí)驗(yàn)室里的“完美天氣”。
輸入輸出電壓差：壓差Dropout Voltage在某個(gè)固定值，比如0.5V。
但是你實(shí)際應(yīng)用卻要面對(duì)“殘酷現(xiàn)實(shí)”呀：
PCBA散熱設(shè)計(jì)：你的板子可能散熱焊盤小，或者布局緊湊，熱量散不出去。
環(huán)境溫度：實(shí)際工作溫度可能是50°C，甚至85°C（工業(yè)場(chǎng)景）。
壓差變化：輸入輸出電壓差可能更大，發(fā)熱更多。
所以，LDO標(biāo)著100mA，不一定真能輸出100mA，得看散熱條件能不能跟上，不然LDO可能會(huì)過(guò)熱，觸發(fā)熱保護(hù)（Thermal Shutdown），然后LDO就直接“罷工”了。
Part 03 如何評(píng)估LDO的實(shí)際輸出電流大小？
LDO的輸出能力受限于它的功耗和散熱能力，而熱阻Thermal Resistance是關(guān)鍵。熱阻決定了 LDO 產(chǎn)生的熱量能不能有效散出去，如果散熱不行，芯片溫度會(huì)飆升，影響輸出。
1.LDO的功耗和溫度關(guān)系
LDO 的功耗主要來(lái)自輸入輸出電壓差和輸出電流：
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
Iout:輸出電流
Iq:靜態(tài)電流 (通常很小，可忽略)
芯片的溫度上升由功耗和熱阻決定：
TJ:芯片結(jié)溫 (Junction Temperature)
TA:環(huán)境溫度
θJA:結(jié)到環(huán)境的熱阻 (Junction-to-Ambient Thermal Resistance)
如果TJ超過(guò)LDO的最大結(jié)溫（通常是150°C），LDO會(huì)觸發(fā)熱保護(hù)，停止輸出。
2.那熱阻怎么影響輸出電流呢？
規(guī)格書(shū)中的熱阻θJA是基于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件（比如大面積散熱焊盤)。實(shí)際板子如果散熱設(shè)計(jì)差，熱阻會(huì)變大，溫度上升更快，限制輸出電流。
計(jì)算示例1：規(guī)格書(shū)條件下的極限電流
假設(shè)用一款LDO，規(guī)格如下:
·額定電流：100mA
·輸入電壓 Vin = 12V，輸出電壓 Vout =3.3V
·最大結(jié)溫TJ(max）=150℃
·環(huán)境溫度TA=25°C
·規(guī)格書(shū)熱阻θJA=50°C/W(標(biāo)準(zhǔn)散熱焊盤)
功耗：
PD=(12-3.3)*0.1=0.87W
溫度上升：
ΔT=PD*θJA=0.87W*50°C/W=43.5℃
結(jié)溫：
TJ=TA+ΔT=25+43.5=68.5℃
這溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于150°C，100mA完全沒(méi)問(wèn)題！規(guī)格書(shū)誠(chéng)不欺我，LDO穩(wěn)穩(wěn)輸出。
但是如果實(shí)際板子散熱差，熱阻翻倍，現(xiàn)在用實(shí)際板子，散熱焊盤小，熱阻θJA變成100°C/W，環(huán)境溫度也高了，最大TA=85°C。
功耗還是：
PD=(12-3.3)*0.1=0.87W
溫度上升：ΔT=PD*θJA=0.87W*100°C/W=87℃結(jié)溫：TJ=TA+ΔT=85+87=172℃
這樣一看就不能輸出100mA了。
所以規(guī)格書(shū)里的熱阻θJA=50°C/W 是基于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板（比如1平方英寸的散熱焊盤，2盎司銅箔)。實(shí)際板子往往達(dá)不到這個(gè)條件：
散熱焊盤小：你的板子可能只有0.2平方英寸的散熱焊盤，熱阻直接翻倍到100°C/W。
PCB布局緊湊：LDO旁邊塞滿了其他發(fā)熱元件（比如MOSFET、電阻），熱量互相"烤"，局部溫度更高。
銅箔厚度：規(guī)格書(shū)用2蠱司銅箔，你的板子可能只有1蠱司，散熱能力差一截。
空氣流通：規(guī)格書(shū)假設(shè)自然對(duì)流，你的設(shè)備可能裝在密封盒子里，空氣不流通，熱阻再加20°C/W。
實(shí)際熱阻可能是規(guī)格書(shū)的2-3倍，LDO的輸出能力直接"打折"。
Part 04 怎么優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，讓LDO輸出更接近100mA？
1.加大散熱焊盤:
盡量給LDO的散熱焊盤留大面積（比如1平方英寸)，多打幾個(gè)導(dǎo)熱過(guò)孔，把熱量傳到PCB其他層，降低熱阻。
2.加散熱片：
如果板子空間允許，可以在LDO上面貼個(gè)小散熱片，熱阻能再降10-20°C/W。
3.優(yōu)化布局：
讓LDO遠(yuǎn)離其他發(fā)熱元件，放在PCB邊緣，靠近空氣流通的地方。
4.降低壓差：
選擇Vin盡量接近Vout，比如把輸入電壓從6V降到4V，功耗直接減小，結(jié)溫下降，輸出能力提升。
總結(jié)來(lái)說(shuō)LDO的100mA，散熱說(shuō)了算，LDO規(guī)格書(shū)上標(biāo)著額定電流100mA，但能不能真輸出100mA，得看散熱設(shè)計(jì)能不能跟上。規(guī)格書(shū)的熱阻是“理想狀態(tài)”，實(shí)際板子的熱阻往往高得多，環(huán)境溫度、壓差、布局都會(huì)讓LDO的輸出能力“縮水”。通過(guò)計(jì)算對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)熱阻翻倍、溫度升高后，LDO可能根本達(dá)不到100mA，甚至觸發(fā)熱保護(hù)“罷工”。
所以，設(shè)計(jì)時(shí)要做好散熱優(yōu)化，留足余量，別讓LDO熱得“滿頭大汗”。就像跑步一樣，標(biāo)著能跑100米，但你得給它一雙好鞋、一條好跑道，不然跑一半就得歇菜。