TPS7A4533 发热问题分析

               楼主 lei jin 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:  Johnsin Tao 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:Kevin Chen1 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 Max Han 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，Kevin Chen1 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TPS62175：http://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。

我们在使用TPS7A4533这类线性稳压源设计电路的时候，可以根据不同的输出电压选择不同的芯片。像TPS7A4533的同系列的芯片就有TPS7A4501，TPS7A4515等，它们的最大区别就在于输出电压的不同，像TPS7A4515就是输出电压可以自由调节的，设计起来就灵活很多了。

对于TPS7A4533的发热问题的主要原因总结一下，就是一方面输入输出的压差太大，在电流增大的时候，TPS7A4533的损耗也大了。另外一方面就是芯片的散热没有处理好，尤其是TPS7A4533底部的热焊盘，一定要充分的和PCB连接，最好增加过孔辅助散热。

对于TPS7A4533的设计我们还可以参考TI的评估板：TPS7A4533EVM-385。输入电压范围可以达到：2.5V to 20V。输出的电流也可以达到1.5A.整体的参数是相当不错的。我们在设计的时候可以参考使用。

如果大家想提高效率，降低热的话，可以考虑DCDC的方案，相对来说，DCDC的方案的损耗要小很多。但是可能有高频噪声的问题，需要考虑后级的滤波问题。我们在设计的时候需要根据自己的需要综合去选择了。