中心議題：

• 線性穩壓器的散熱
  、效率及封裝
• 靜態電流及CMOS低壓降穩壓器的選擇
• 壓降及低輸入電壓的低壓降穩壓器的選擇

大(da)部(bu)分(fen)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)能(neng)都(dou)會(hui)同(tong)意(yi)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)是(shi)眾(zhong)多(duo)穩(wen)壓(ya)器(qi)之(zhi)中(zhong)最(zui)容(rong)易(yi)使(shi)用(yong)的(de)一(yi)種(zhong)，而(er)且(qie)由(you)於(yu)這(zhe)個(ge)原(yuan)因(yin)，也(ye)最(zui)受(shou)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)歡(huan)迎(ying)。但(dan)新(xin)一(yi)代(dai)的(de)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)極(ji)為(wei)嚴(yan)格(ge)，因(yin)此(ci)隻(zhi)采(cai)用(yong)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)技(ji)術(shu)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)係(xi)統(tong)會(hui)受(shou)到(dao)較(jiao)多(duo)的(de)製(zhi)約(yue)，以(yi)致(zhi)很(hen)難(nan)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)其(qi)性(xing)能(neng)。這(zhe)個(ge)發(fa)展(zhan)趨(qu)勢(shi)帶(dai)出(chu)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)問(wen)題(ti)：係統設計工程師構思新產品時可以獲得哪一方麵的技術支持？采用線性穩壓技術的直流/直zhi流liu功gong率lv轉zhuan換huan係xi統tong有you什shen麼me優you缺que點dian
？是shi否fou比bi采cai用yong其qi他ta線xian路lu布bu局ju的de功gong率lv轉zhuan換huan係xi統tong優you勝sheng
？技ji術shu上shang又you有you什shen麼me局ju限xian？若ruo以yi同tong一yi應ying用yong作zuo比bi較jiao
，哪na一yi類lei的de低di壓ya降jiang穩wen壓ya器qi有you較jiao高gao的de效xiao率lv？不bu同tong廠chang商shang的de線xian性xing穩wen壓ya器qi是shi否fou有you高gao下xia優you劣lie之zhi別bie？

看起來這些問題好像非常簡單，其實問題的答案比我們想象複雜，因為需要考慮的重要因素及技術參數非常多，加上有關因素的重要性經常被人忽略，因此係統設計工程師做出取舍時必須小心謹慎。youyuxinchanpindegongdianyaoqiuyuequyange
，dianlubandemianjiyebuduansuoxiao，jiashangxitongbixubaozhengnengfahuizuijibendexingneng，yinciwomenbixuweixinchanpintiaoxuanheshidediyajiangwenyaqi。haodediyajiangwenyaqikeyijiejuehenduoyingyongshangdewenti；若穩壓器的選擇不當，整個設計根本就無法落實執行。

散熱
、效率及封裝

線性穩壓器的輸入功率並非完全能從輸出端口輸出，兩者的相差都會轉為熱能耗散掉。功率耗散（Pd）可以根據以下的公式粗略估算：
Pd = （Vin – Vout） * Iout

若要更精確計算功率耗散
，我們必須將 Vin * Iq 這個變項計算在內。功率耗散總額可以根據以下公式計算出來：
Pd = （Vin – Vout） * Iout + Vin * Iq

若按照上述兩條公式，再將 5 伏 （V） 電壓調低至 1.5 伏 （靜態電流為 300mA），那麼線性穩壓器耗散為熱能的功率不會少於：
（5 – 1.5） * 0.35 = 1.225W

究竟這個功耗量應視為高還是低呢
？有關這個問題我們不可過早做出判斷，我們必須根據芯片封裝以及電路板的類型與麵積 （若采用表麵貼裝封裝），找出這些變項與溫度上升幅度之間的函數關係，從而計算 1.225W 的功率耗散究竟會令溫度上升多少。這樣我們才可作出一個較為全麵的判斷，確定 1.225W 的功率耗散是高還是低。係統設計工程師一般都喜歡采用最小巧的封裝，但這類封裝的熱阻值非常高

，因此散熱能力也最差。

標準 SOT-23 及 SC-70 等小巧封裝的 qJA 值介於 200度/W 與 400度/W 之間。體積不大不小的 SOT-223、TO-252 （DPAK） 及其它無掩蔽焊球 SMD 封裝 （包括 PSOP 及 ETSSOP） 的 qJA 值則介於 50度/W 與 90度/W 之間。一般來說，隻有較大的封裝 （例如 TO-220 及 TO-263） 才有較理想的 qJA 值，其數值介於 40度/W 與 60度/W 之間。大致上，這是封裝大小與溫度上升幅度之間的變化規律，適用於除 LLP之外的所有封裝。由於 LLP封裝的內部結構較為特別
，例如晶片以麵向上、底di朝chao下xia的de方fang式shi置zhi於yu金jin屬shu麵mian
，而er金jin屬shu麵mian則ze設she於yu封feng裝zhuang底di部bu，並bing無wu任ren何he掩yan蔽bi
，因yin此ci這zhe種zhong超chao小xiao型xing封feng裝zhuang的de熱re阻zu極ji低di
，甚shen至zhi可ke媲pi美mei較jiao大da的de封feng裝zhuang
，是shi目mu前qian唯wei一yi一yi種zhong熱re阻zu值zhi這zhe樣yang低di的de超chao小xiao型xing封feng裝zhuang。

上述數字對係統溫度有什麼影響



？若功率耗散為 Pd = 1.225W，理論上 2.85mm x 3mm 的 SOT-23 封裝的溫度至少會上升 300度。6.6mm x 9.7mm 的 DPAK 封裝的受熱溫度會比環境溫度高 80度，隻有 10.4mm x 14.35mm 的 TO-263 封裝或 2.9mm x 3.3mm 的 LLP 封裝才有較小的溫度升幅 （50度）。係統設計工程師若懂得如何選擇合適的線性穩壓器封裝，便可大致知道是否需要改用開關穩壓器。

靜態電流（Iq）及互補金屬氧化半導體（CMOS）低壓降穩壓器

靜態電流 （Iq） 也稱為操作電流或接地電流，是設計低功率、低操作電流及以電池供電的電子產品時需要考慮的其中一個重要因素。每當我們談及 1A、2A 或 3A 恒流負載時，我們會否忽略靜態電流所發揮的重要作用？係統設計工程師很多時都忽略這個問題 – 其qi實shi無wu視shi靜jing態tai電dian流liu的de重zhong要yao性xing可ke能neng要yao付fu出chu很hen大da的de代dai價jia。係xi統tong的de靜jing態tai電dian流liu可ke能neng會hui隨sui著zhe負fu載zai電dian流liu的de增zeng加jia而er大da幅fu上shang升sheng，確que實shi升sheng幅fu取qu決jue於yu低di壓ya降jiang穩wen壓ya器qi所suo采cai用yong的de工gong藝yi技ji術shu。以yi雙shuang極ji低di壓ya降jiang穩wen壓ya器qi為wei例li來lai說shuo，3A 負載電流的靜態電流可能超過 200mA。此外，CMOS 低壓降穩壓器的靜態電流極低，而且不受負載大小影響，若滿載電流為 3A，靜態電流一般隻有 3mA 至 15mA；若負載電流為 1A/2A，靜態電流則介於 100A 與 6mA 之間。（參看圖 1 所載有關供電電流與負載電流的函數關係圖，圖中比較的兩款 150mA 低壓降穩壓器分別采用 CMOS 及雙極工藝技術製造。）　　

若輸出電流為 3A，靜態電流是 200mA 還是 6mA 的(de)問(wen)題(ti)究(jiu)竟(jing)是(shi)否(fou)這(zhe)樣(yang)重(zhong)要(yao)？正(zheng)如(ru)上(shang)文(wen)所(suo)說(shuo)
，功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)總(zong)額(e)是(shi)判(pan)斷(duan)低(di)壓(ya)降(jiang)穩(wen)壓(ya)器(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)實(shi)際(ji)可(ke)行(xing)與(yu)否(fou)的(de)決(jue)定(ding)性(xing)指(zhi)標(biao)

，雖(sui)然(ran)在(zai)計(ji)算(suan)功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)的(de)公(gong)式(shi)之(zhi)中(zhong)
，第(di)一(yi)個(ge)變(bian)項(xiang)會(hui)隨(sui)著(zhe)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)而(er)改(gai)變(bian) （亦即這個變項取決於輸入電壓與輸出電壓），但第二個變項則完全取決於靜態電流的大小
，而且可能是左右功率耗散實際大小的一個重要因素。以 3.3 伏的輸入電壓為例來說
，200mA 的靜態電流會將功率耗散提高 660mW，以如此高的功率耗散來說，有關的設計可能需要改用開關穩壓器。若靜態電流低至隻有 6mA，功率耗散則隻會增加約 20mW，這(zhe)個(ge)增(zeng)幅(fu)可(ke)說(shuo)微(wei)不(bu)足(zu)道(dao)，因(yin)此(ci)功(gong)率(lv)耗(hao)散(san)總(zong)額(e)幾(ji)乎(hu)不(bu)受(shou)任(ren)何(he)影(ying)響(xiang)。以(yi)如(ru)此(ci)低(di)的(de)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)來(lai)說(shuo)，線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)仍(reng)可(ke)發(fa)揮(hui)其(qi)作(zuo)用(yong)，因(yin)此(ci)隻(zhi)要(yao)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)夠(gou)低(di)，係(xi)統(tong)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)選(xuan)用(yong) CMOS 線性穩壓器。

在zai決jue定ding選xuan用yong哪na一yi個ge靜jing態tai電dian流liu數shu值zhi之zhi前qian，最zui好hao先xian查zha閱yue數shu據ju表biao內nei頁ye所suo載zai的de滿man載zai數shu值zhi。目mu前qian業ye者zhe都dou喜xi歡huan將jiang最zui低di或huo無wu負fu載zai的de靜jing態tai電dian流liu數shu值zhi列lie於yu數shu據ju表biao內nei最zui頂ding的de一yi欄lan，工gong程cheng師shi很hen多duo時shi以yi為wei這zhe是shi滿man載zai數shu值zhi，很hen易yi被bei這zhe欄lan數shu字zi誤wu導dao。
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壓降及低輸入電壓的低壓降穩壓器

低壓降穩壓器的壓降是否真的很低？我們應再三思考這個問題。產品規格書上雖然標明所需壓降為 100mV，但這個數值隻適用於某些應用情況，例如，輸入電壓若比穩壓器芯片的最低輸入電壓大
，壓降便可能隻有 100mV，但係統若需要 1.2 伏或更低的輸出電壓 （目前許多應用都必須采用這樣低的輸出電壓），而穩壓器需要不少於 2.5 伏的輸入電壓操作
，例如輸入電壓介於 2.5 伏與 5.5 伏之間的典型穩壓器便需要 2.5 伏以上的輸入電壓

，在這個情況下

，真正壓降是：
2.5V - 1.2V = 1.3V

理論上
，上述係統應該可以執行正常功能，但耗散為熱能的功率會占很大的比重。

若係統的輸入電壓可改為 1.5 伏或 1.8 伏，當使用表明100mV壓降的低壓降穩壓器可大幅提升效率，以及降低溫度上升幅度和耗散的熱量。以 2.5 伏最低輸入電壓的低壓降穩壓器為例來說
，若采用 500mA 的負載：
功率耗散 = （2.5 - 1.2） * 0.5 = 0.65W

但同樣的係統若改用 1.5 伏最低輸入電壓的低壓降穩壓器：
功率耗散 = （1.5 - 1.2） * 0.5 = 0.15W
兩者的功率耗散相差 500mW，這個數值可不小，難道我們可以置之不理嗎
？

圖 1：不同的低壓降穩壓器在滿載電流範圍內的供電電流 （Iq） 比較，比較的兩款大致相同的 150mA 低壓降穩壓器分別采用 CMOS 及雙極工藝技術製造

總結

由you於yu新xin一yi代dai電dian子zi係xi統tong要yao求qiu非fei常chang嚴yan格ge，因yin此ci利li用yong低di壓ya降jiang芯xin片pian設she計ji高gao性xing能neng的de解jie決jue方fang案an並bing非fei像xiang以yi往wang那na麼me簡jian單dan容rong易yi。但dan係xi統tong設she計ji工gong程cheng師shi隻zhi要yao懂dong得de挑tiao選xuan合he適shi的de穩wen壓ya器qi，並bing充chong分fen利li用yong許xu多duo常chang常chang被bei忽hu略lve的de參can數shu
，或huo充chong分fen利li用yong隻zhi有you新xin一yi代dai低di壓ya降jiang穩wen壓ya器qi才cai有you的de功gong能neng，便bian可ke采cai用yong極ji具ju成cheng本ben效xiao益yi而er又you容rong易yi設she計ji的de線xian性xing穩wen壓ya結jie構gou，以yi便bian充chong分fen利li用yong這zhe種zhong結jie構gou的de全quan新xin功gong能neng及ji特te色se如ru先xian進jin而er散san熱re能neng力li更geng強qiang的de超chao小xiao型xing封feng裝zhuang、低靜態電流 （無論負載電流的高低）、超低輸入電壓、以及先進的 CMOS 低壓降穩壓器工藝技術。