通常我們使用LDO穩(wěn)壓器IC（以下簡稱LDO），可以簡單地實現(xiàn)DC-DC轉換。作為電壓調節(jié)工具，LDO在輸入輸出電壓差小的時候效率非常好，但是在電壓差大的時候，由于其工作特性，會導致較高的功率損耗并發(fā)熱嚴重。
因此，適當?shù)臒嵩O計對于確保產品長期可靠性工作至關重要。如果忽視熱設計，可能會因過熱而導致性能下降，最壞的情況下會使設備故障。一旦出現(xiàn)問題，就要重新選擇元器件、修改電路板、重新設計散熱等，對日程和成本產生巨大影響。
羅姆提供了一些關于熱設計的應用說明，以提高產品的可靠性并減少設計階段的返工。此白皮書只介紹其中的一部分。
應用手冊的說明
圖1展示了在開發(fā)過程中，羅姆為用戶提供的工具和支持。
圖1. 羅姆提供的設計支持工具
此應用手冊是用戶在開發(fā)過程中各階段所需技術信息的匯總文檔，提供了從基礎到實踐的全方位支持。本文將通過6大步驟，介紹如何完善LDO熱設計。
步驟1：了解LDO工作原理
步驟2：估算結溫
步驟3：考慮降低溫度的各種措施
步驟4：利用熱仿真
步驟5：進行最佳的電路板設計
步驟6：準確地進行熱測量
由于熱設計會涉及到LDO的功率損耗，因此有必要了解LDO的工作原理。首先請根據《線性穩(wěn)壓器的基礎》（圖2）來確認線性穩(wěn)壓器的效率。根據該應用手冊的公式3，效率可由 ?? = ????????/??????×100[%] 計算得出，輸入輸出間的電壓差越大，效率越低。換句話說，輸入輸出間的電壓差越大，功率損耗和發(fā)熱就越大。記住這一點進行下一步。
圖2. 線性穩(wěn)壓器的基礎
到目前為止的估算中，當結溫超過最大額定值時，需要考慮各種各樣的條件，一般詳情總結如下。
IC封裝
?選擇熱阻較低的封裝，例如更大的封裝尺寸、焊盤外露或帶有散熱FIN的封裝。
PCB
?增加PCB的銅箔厚度。
?擴大PCB的銅箔面積。
?增加PCB層數(shù)。
?優(yōu)化散熱孔的配置。
外圍器件與應用方式
?通過串聯(lián)二極管或電阻器分散發(fā)熱源。
?對LDO進行級聯(lián)連接，分散發(fā)熱源。
?把電源系統(tǒng)分成多個，分散發(fā)熱源。
?降低輸入電壓減小LDO的壓差以提高效率。
?提高輸出電壓減小LDO的壓差以提高效率。
?考慮使用開關穩(wěn)壓器。
在熱設計中，和電氣設計一樣，仿真也是一種有效的手段。尤其是聯(lián)合仿真，即同時對電氣和熱學兩方面進行仿真，有助于分析電子元件和電路的熱學行為，優(yōu)化設計并提高可靠性。
ROHM Solution Simulator可進行在線實時仿真并即時查看結果。圖9是線性穩(wěn)壓器IC仿真示例，在輸入電壓，PCB類型和環(huán)境溫度等不同條件下對結溫進行估算。另外，每個仿真電路都配有User’s Guide。
圖9. 線性穩(wěn)壓器IC仿真示例 和 User's Guide
此外，在熱設計中的仿真當中，使用三維熱流體的仿真。在多個熱源相鄰，或使用強制風冷、水冷的情況下，雖然可以進行復雜的計算，但為了追求精度，需要包含內部結構、熱物理性質等信息的詳細模型。由于缺乏詳細模型的統(tǒng)一標準，仿真工具之間無法兼容，不同公司的模型質量也參差不齊。雖然精度比詳細模型低，但羅姆在Web上公開了雙熱阻模型。雙熱阻模型在仿真工具之間具有兼容性，所需分析時間也較少，所以適用于在設計初期大致決定電路板尺寸和元器件位置，以及不同封裝之間的相對差異。在《熱仿真用 雙熱阻模型》（圖10）中是關于雙熱阻模型的說明、在《雙熱阻模型的使用方法》（圖11）中說明了如何下載雙熱阻模型以及如何使用熱仿真。根據不同的用途，可以有效的使用不同的仿真方法。但是，最終還是需要實測來進行判斷。
圖10. 熱仿真用 雙熱阻模型
圖11. 雙熱阻模型的使用方法
本應用手冊分步驟介紹了關于提高產品可靠性和減少設計階段返工所需的熱設計信息。此外，還從元器件選型到仿真，評價，PCB板制作的每個流程準備了最適合的解決方案，致力于解決用戶的課題。羅姆相信，這些內容有助于加快開發(fā)速度，預防問題和故障的發(fā)生。
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