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TPS7A4533 发热问题分析

               楼主 想使用TPS7A4533 设计一款LDO线性稳压电路。,但是在实际的测试过程中发现TPS7A4533 过热,对其其中的原因不太明白,故发帖求助: 我选择的是TPSTPS7A4533DCQ,  输入电压12V 输出电压3.3V,  工作电流300mA左右,感觉TPS7A4533非常热,测量芯片表面温度76℃。不知道这种情况是否正常,是否可以继续使用?造成过热的原因是不是因为压差过大?还是输入12V纹波过大?还是电流过大?(用12V开关电源或12V电池效果一样)

帖子链接如下所示:http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/power_management/f/24/t/48324.aspx

          TI FAE:  解答了楼主的问题: 按照环境温度25℃, 结温76℃,功耗(12-3.3)*0.3=2.61W, 推算热阻是(76-25)/2.61 =19.54℃/W。当然这还要看楼主的散热方式.通常降低LDO芯片结温的方式是尽量降低输入输出之间的电压压差(即减小热功耗), 否者你就需要尽量选择热阻较低的封装或者的散热设计方式。

           关于热阻的计算表格如下所示:

           我们再开看看TI FAE:对于这个问题的解答:如果根据6pins热阻数据,环境温度25℃下,芯片表面温度Tctop=Ta+Pd*(θja-θjctop)=75.4℃

         那么对于楼主的发热问题,IT技术人员也给出了解决的办法:建议用两级LDO或者降载使用。

          我们再来了解一下楼主的实际使用情况是怎么样的:DCQ   6PIn 分装,IC工作在76℃,是否可以正常工作,是否影响芯片寿命,现在我的散热方式是芯片下大面积覆铜接地开窗。

           对于这个问题,TI的技术人员也给出了详细的解答:76℃不算很高,毕竟结温范围是125℃。但是如果你的使用环境温度非常高就有必要在考虑降低输入电压,或者采用增加大功率电阻分散功耗,或者其他更低散热热阻设计了。在设计中,通常建议是尽量的降低芯片的结温,因为芯片的结温越高,失效的机会也会进一步的提高。但是就目前76℃的结温条件,可靠度和使用寿命还是会符合通常绝大部分的产品要求的。

           我们再来看看 对于这个问题的解决办法:建议使用5pin的封装,这种封装下面有一个大的thermal pad,利于散热,如果大地在PCB的下层,就需要在thermal pad上多打孔,增加thermal pad与地之间的连接,提高散热系数

            对于76度的高温应用,的建议如下:芯片表面温度76℃,结温可能已经超过其允许最大温度,这是不可靠的,建议楼主考虑散热性能更好的封装或者采用两级电路,降低单个LDO的损耗。

          楼主最终采用的方式如下:我现在正在考虑用两级电路,我用LM317是不是可以?还是选择用TPS7A4501?第一级分压到多少比较合适?我用了一个5V输出的试过TPS7A4533热了,但是12V转5V的芯片发热明显。

           对于这个最终的方案,TI技术人员的评价如下,我们可以学习一下:您采用LDO的目的是为了获得更低Noise的高效能吗? 如果不是可以直接用DC/DC. 如果空间足够的话,可以再增加LDO, 或者也可以增加DC/DC, 例如高效率的TPS62175http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62175.pdf这是一个10pin脚封装的同步DC/DC,电路非常简单,转换到3.6V后效率接近90%,再用LDO将3.6V转换到3.3V,这样整体的效率可以达到90%*3.3/3.6=80%,整体都不会存在温度问题,LDO的温度只是25+17*0.3+0.3=26.7℃,如果空间不够,要用2级LDO, 如果都用TPS744533的话,功耗分半,芯片的温度应该可以降低到50℃,但是前提是两个LDOlayout不要太紧,因为如果共散热GND,散热效果就会差一些。 如果是这样的话,建议你采用其他方式降低热阻。

               以上就是对于楼主使用TPS7A4533 发热问题分析的回答。我们可以好好学习一下。

            那么TPS7A4533究竟是一款什么样子的芯片呢?我们改如何正确的使用TPS7A4533 来设计电源呢。这些都是我们在设计中需要学习的问题,下面我们就一起去学习一下TPS7A4533 这款芯片的详细功能,如下图所示,是TPS7A4533的封装结构图:


            关于TPS7A4533 的封装,其实就是很简单的5PIN的结构,有两种封装,一种就是DCQ封装,另外一种就是KTT封装了,我们需要注意这两种封装的热阻是不一样的,也就是散热能力是不同的,需要注意。外围整体的设计非常简单,下面我们来看看TPS7A4533 的的输入输出参数,如下图所示:

              如上图所示,我们可以看到TPS7A4533 的输入电压范围为2.1V到20V,输出电压范围为固定的3.3V。最大输出电流为1.5A,不过需要注意的是,这个最大的输出电流其实很大的程度上受限于TPS7A4533的散热能力,TPS7A4533 只能实现降压输出。了解了这些参数,这个对我们的设计就简单多了.

             下面我们再看看TPS7A4533的典型的应用电路图,如下所示:

              TPS7A4533的外围电路及其简单,这里就不详细说明了。我们需要关注的是TPS7A4533的输入输出的压差和温度的关系,如下图所示:

        TPS7A4533的输入输出的压差直接决定了  TPS7A4533的损耗的大小,以及输出电流的关系。在设计的时候必须注意。

        我们在看看  TPS7A4533的工作的温度范围,如下图所示:

        如上图所示,最高温度范围为125度,注意这个是芯片的结温,实际需要根据芯片的热阻去计算。

        我们再来看看再特定的测试条件下,TPS7A4533的温升和输出电流的关系是怎么样的,如下图所示:

          特定的输出电流的条件下,输出电压和温度的关系,如下图所示:

          在TPS7A4533 的设计中我们还需要注意输出电容的选择问题,如下图所示:

         输出电容的容量需要在10uF以上,ESR最好是小鱼3ohm,可以确保输出的稳定性。

          最后最关键的就是散热的问题了,芯片的热数据如下

         计算公式可以参考下面的例子,如下图所示:

            最后我们老看看TI推荐的PCB布局方面解决散热问题的方法,如下图所示,PCB布局1:

      另外一种封装的PCB布局散热方法,如下图所示:

        
                  以上就是关于TPS7A4533 发热问题学习,以及使用于TPS7A4533设计电路需要注意的一些问题,与大家分享一下。