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총 91기종! LDO 리니어 레귤레이터의 신규 라인업 G 시리즈 / H 시리즈 / I 시리즈실제의 출력전류를 결정하는 요소는?

2018.06.21

새로운 LDO 리니어 레귤레이터 G 시리즈, H 시리즈, I 시리즈는 총 91기종의 라인업으로 구성되어 있습니다. 출력전압은 가변 타입의 경우 0.8V~13V, 고정 타입의 경우 1V~12V까지의 14종류의 전압이 구비되어 있으며, 출력 정밀도는 1%로 고정밀도입니다. 출력전류는 0.3A~1.5A까지의 4종류로, 다양하게 조합할 수 있습니다.

이 시리즈의 라인업과 사양은 하기와 같이 구성되어 있습니다.

	G 시리즈	H 시리즈	I 시리즈
입력 전원전압 범위	4.5V～14.0V	4.5V～8.0V	2.4V～5.5V
최대 출력전류	0.3A, 0.5A, 1.0A	0.3A, 0.5A, 1.0A, 1.5A	0.5A, 1.0A
출력전압 설정 범위 (가변 타입)	1.5V～13.0V	1.5V～7.0V	0.8V～4.5V
출력전압 (고정 타입)	1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.0V, 3.3V, 5.0V, 6.0V, 7.0V, 8.0V, 9.0V, 10V, 12V	1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.0V, 3.3V, 5.0V, 6.0V, 7.0V	1.0V, 1.2V, 1.5V, 1.8V, 2.5V, 3.0V, 3.3V

상기 표에서 출력전류가 가장 큰 제품은 H 시리즈의 1.5A 제품이며, 예를 들어 7V 출력인 경우, 10.5W의 출력전력을 얻을 수 있습니다.

그러나, 실제로는 여러 조건으로 인해 동일한 결과를 얻을 수 없다는 것을 여러분도 알고 계시리라 생각됩니다. 기본적으로 전원 IC로 대표되는 대전력 취급 IC는 열에 의존하므로 얻을 수 있는 전력이 제한됩니다. 정확히 말하자면, 칩의 온도인 Tj는 최대 정격인 Tj max를 초과해서는 안되므로, Tj max 이내에서 사용해야 합니다. 리니어 레귤레이터의 경우 Tj 산출식은 하기와 같습니다.

　Tj ＝ 자기 발열＋Ta
　＝(열 저항 θja×소비전력 W)＋Ta
　＝｛θja×(입출력 전압차×출력전류) W｝＋ Ta

이 식에서는 간단한 설명을 위해, 소비전력에 자기 소비전력을 포함시키지 않았습니다. 엄밀히 말하자면, (입력전압×자기 소비전류)만큼의 전력을 추가해야 하지만, 자기 소비전류가 작고 출력전류가 큰 경우에는 출력전력이 지배적입니다.

실제로 사용하는 경우, 출력전압은 지정된 전압으로 해야 하므로, 고려해야 할 것은 출력전류 즉, 필요한 부하 전류를 얻을 수 있는지의 여부가 쟁점이 됩니다. 그 계산을 하기 전에, 그 이외에도 조정 가능한 항목과 불가능하거나 어려운 항목이 있는 지를 고려해야 합니다. 물론 Tj max는 변경할 수 없습니다.

입출력 전압차는 영향이 큰 요소이지만, 입력전압은 대부분 정해져 있습니다. 하나의 리니어 레귤레이터를 사용하기 위해 조건이 유리해지는 입력전압원을 구비할 수는 없습니다. 즉 입출력 전압차도 통상적으로는 변경할 수 없는 항목인 것입니다.

Ta는 설계하는 기기의 온도 사양이 있으므로, 예를 들어 0℃~50℃로 기기의 온도 사양이 정해져 있다면, Ta의 최대치는 50℃입니다. 그러나, 기기 내부에 탑재되는 것을 고려하면 발열로 인해 기기 내부 온도가 상승하므로, 이를 더한 Ta로 계산하게 됩니다. 팬 등을 통해 냉각할 수 있는 경우에는 그 조건에서의 Ta를 사용하지만, Ta는 조정이 어려운 부류라고 생각하는 것이 무난합니다.

결과로서, 통상적으로는 열로 인해 제한되어 원하는 출력전류를 얻을 수 없는 경우에는 열 저항을 낮추는 것이 가장 좋은 대처법입니다. 열 저항을 낮추기 위해서는, 열 저항이 낮은 패키지의 IC를 사용하거나, 방열 특성이 좋은 다층 구조의 실장 기판을 사용하거나, 방열기를 부착하는 등의 방법이 있습니다. 최근 폼 팩터를 포함한 스페이스 절약에 대한 요구를 고려하면, 방열기 부착이 어려운 경우가 많으므로, 패키지와 기판을 통한 방열을 검토하는 것이 좋습니다.

본 리니어 레귤레이터의 신규 시리즈는 모두 이면에 방열판이 노출되어 있는 HTSOP-J8 패키지 (4.9×6.0×1.0mm)를 채용하였습니다. 이 패키지의 방열판을 방열이 필요한 기판에 soldering함으로써, 열 저항을 크게 개선할 수 있습니다. 하기는 HTSOP-J8 패키지의 허용 손실 그래프입니다.

앞서 예로 들은 7V / 1.5A 출력의 경우의 입력전압을 12V로 하여 계산해보겠습니다. Tj max는 150℃입니다.

출력 소비전력 ＝ (12V－7V)×1.5A ＝ 7.5W

그래프에 따르면 최대 허용 손실이 3.76W (⑤의 조건 θja＝33.3W/℃)이므로, 이 출력전류에서는 사용할 수 없음을 알 수 있습니다. 이 때 자기 발열이 7.5W×33.3℃≒250℃이므로, Ta를 생각할 필요도 없이 완전히 사용 불가인 것입니다.

Ta를 50℃로 상정하면, 열 저항이 가장 낮은 ⑤의 조건에서 허용 전력은 3W입니다. 역산하면, 0.6A가 이 조건에서의 한계임을 알 수 있습니다. 만약 열 저항을 더 낮출 수 있다고 가정하고 역산하면, (Tj max 150℃－Ta 50℃)÷7.5W＝13.3℃므로, 이것이 실현된다면 1.5A를 얻을 수 있습니다.

실제의 출력전류를 결정하는 요소는 Tj, 즉 발열과 주위온도인 것입니다. 참고로, 이 조건에서는 1.5A 제품을 사용할 경우나 1A 제품을 사용할 경우 모두 결과는 동일합니다.

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