Electronic #4 - LDO 발열 계산

LDO 발열 계산

LDO 란?

• 시스템에서 전원부를 설계를 할 때 스위칭 레귤레이터가 아닌 LDO(Low Dropout) 를 사용할 경우가 있다. 필드에서는 주로 스위칭 레귤레이터와 구분하여 엘디오 라고 부르는데 정확한 명칭은 LDO 레귤레이터 라고 부르거나 저손실 리니어 레귤레이터 정도로 부르는게 맞다. 하지만 보통 LDO라고 얘기하면 의사소통에 문제 없음

LDO 사용이유

• 시스템 설계할 때 전원부에서 입력전원 값이 높으면 전원 효율과 발열을 줄이기 위해서 스위칭 레귤레이터를 사용하는 것이 맞다. 그러나 스위칭 레귤레이터의 단점으로 주변에 추가적인 부품(RLC)이 필요하고 스위칭 동작으로 효율(리니어 레귤리이터보다)이 좋지만 대신 노이즈가 발생하는 문제점이 있다. 때문에 전류를 많이 사용하지 않는 시스템이나 노이즈에 영향을 많이 받는 아날로그 회로에서 리니어 레귤레이터의 사용은 중요하다.

• 리니어 레귤레이터는 입력전원이 출력전원보다 높아야 하고 입력전원과 출력전압 차이의 에너지는 열로 변환된다. 때문에 안정적인 전원을 공급하지만 열이 많이 발생하게 된다. 시스템을 설계할 때 리니어 레귤레이터로 입력되는 전압이 높다면 스위칭 레귤레이터로 전압을 낮춘 후 리니어 레귤레이터를 사용하는 방법도 있다. 리니어 레귤레이터는 출력전압보다 입력전압이 높아야하는 단점이 있는데 출력전압과 입력전압의 차이를 줄인 것이 LDO 리니어 레귤레이터 라고 생각하면 되겠다. 기존의 입출력 전압 차이를 줄이고 전압 차이가 줄었기 때문에 열도 함께 줄어든다. 이는 시스템의 전체 안정성을 높여준다.

LDO 열 계산 방법

• LDO를 사용할 때 가장 중요한 것이 원하는 출력이 나올 수 있는 입력 전압값과 발열 이다.
• LDO를 사용하게되면 사용하는 전류량과 발열에 따라 방열판과 팬 사용 여부를 결정해야하는데 제조업 하드웨어 엔지니어의 숙명인 비용 절감은 어쩔 수 없이 시스템을 최소비용으로 최대 효과를 내도록 설계해야하는 고민을 만든다. 사용하는 LDO에 따라 데이타시트에 가장 정확하게 나와있겠지만 일반적인 예를들어 LDO 발열 계산하는 방법은 아래와 같다.

예)
조건 : LDO 입력 5V, 출력 3.3V, 사용전류 200mA 경우
LDO 발열 : 1.7V x 0.2A = 0.34Watts
데이터시트 기준 : 1.6T FR4 thermal resistance 200도/Watts
계산 : 200도*0.34Watts = 68도
결과 : LDO 온도 = 주변온도 + 68도
~~사실 이거 적을려고 서론을 길게… ~~

결론

• LDO 사용 시 위와 같이 계산하여 LDO 사용에 따른 발열을 계산하고 방열판 및 팬 사용 여부를 결정함으로써 시스템에 대한 안정성을 높여 설계 할 수 있다.

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