LDO Regulator 효율 & 열

 

LDO Regulator의 효율 및 발열의 계산은 필수로 검토해야 될 사항이다.

효율은 입력 전력에 대해 변환된 출력 전력의 비율을 나타낸다.

효율을 구하는 식은 아래와 같다.

 

 

위 식에서 Iinput은 Ioutput과 Icc가 포함되며 Iinput = Ioutput + Icc로 정의된다.

Icc는 IC 자체에서 소비되는 전류이며 값이 작기 때문에 무시하기도 한다.

 

5V 입력 전압을 받아 3.3V로 전압을 출력하고 부하가 1A이면 LDO Regulator의 효율은 66%이다.

4.2V 입력 전압을 받아 3.3V 전압을 출력하고 부하가 1A이면 LDO Regulator의 효율은 78%이다.

이처럼 LDO Regulator는 입/출력 전압차가 작으면 효율이 높아진다.

그러나 표준 LDO Regulator에는 Dropout Voltage가 존재한다.

LDO Regulator의 Dropout Voltage의 관한 내용은 LDO Regulator 선정에 기술되어 있다.

 

AP1117의 Dropout Voltage는 1.4V이다.

3.3V를 출력하기 위해선 입력전압은 4.7V 이상이 되어야 한다.

물리적으로 LDO Regulator는 높은 효율을 낼 수가 없고 손실된 전력은 열로 발산한다.

LDO Regulator의 발열 계산에는 손실 전력, 패키지의 열 저항, 주위 온도가 필요하다.

손실 전력을 구하는 식은 아래와 같다.

 

 

열 저항은 대부분 데이터시트에 표기되어있다.

아래 사진은 DIODES사의 AP1117 데이터시트의 Electrical Characteristics의 내용 중 열 저항 항목이다.

 

 

θja는 칩(Junction)과 주위(Ambient)와의 열 저항을 나타내고 θjc는 칩(Junction)과 케이스(Case)까지의 열 저항을 나타낸다.

이론적인 IC 온도(Tj)를 구하는 식은 아래와 같다.

Ta는 주위 온도이다.

 

 

계산된 Tj 온도가 IC의 최대 정격 온도를 넘지 않는지 확인한다.

아래 사진은 DIODES사의 AP1117 데이터시트의 Absolute Maximum Ratings이다.

Maximum Junction Temperature 항목에서 IC 최대 정격 온도를 확인할 수 있다.