Какой стандартный размер радиатора для корпусов TO-220, TO-247 и других?
Стандартный размер радиатора для корпуса TO-220 обычно составляет 19,0 мм в ширину, 12,7 мм в глубину и 10,0 мм в высоту, тогда как для корпуса TO-247 обычно требуется большая площадь — 25,4 мм на 15,2 мм с высотой 15,0 мм. Эти размеры не являются универсальными стандартами, а скорее базовыми характеристиками, которые необходимо корректировать с учетом рассеиваемой мощности, воздушного потока и требований к тепловому сопротивлению. Для типичного применения TO-220 мощностью 10 Вт с естественной конвекцией алюминиевый радиатор размером 30,0 мм на 20,0 мм с тепловым сопротивлением 8,0 °C/Вт является минимальным практичным размером для поддержания температуры перехода ниже 125 °C.
Каковы точные размеры крепления для радиаторов TO-220 и TO-247?
Схема расположения монтажных отверстий является основным ограничением при выборе радиатора. Для корпусов TO-220 стандартное расстояние между монтажными отверстиями составляет 2,54 мм между двумя выводами и 5,08 мм между монтажным отверстием и центральным выводом. Типичный диаметр монтажного отверстия составляет 3,2 мм для винта M3, при этом расстояние между центрами отверстий составляет 10,0 мм. Для корпусов TO-247 расстояние между монтажными отверстиями увеличивается до 5,08 мм между выводами, а диаметр отверстия составляет 4,2 мм для винта M4, с расстоянием между центрами 15,2 мм. Толщина монтажного выступа составляет 1,2 мм для TO-220 и 1,5 мм для TO-247, что напрямую влияет на требуемую глубину паза радиатора, обычно 1,5 мм и 2,0 мм соответственно.
Какая площадь поверхности радиатора необходима для заданной рассеиваемой мощности?
Требуемая площадь поверхности зависит от бюджета теплового сопротивления, который рассчитывается путем деления разницы температур на рассеиваемую мощность. Для корпуса TO-220 с тепловым сопротивлением переход-корпус 3,0 °C/Вт и максимальной температурой перехода 150 °C, работающего при температуре окружающей среды 25 °C, нагрузка 10 Вт требует радиатора с тепловым сопротивлением не более 9,5 °C/Вт. Алюминиевый радиатор с естественной конвекцией площадью поверхности приблизительно 50 см² обеспечит около 10 °C/Вт, тогда как радиатор с принудительным воздушным охлаждением при скорости воздушного потока 2 м/с может достичь того же теплового сопротивления всего с 20 см² площади поверхности. Как правило, на каждые дополнительные 5 Вт рассеиваемой мощности необходимо удваивать площадь поверхности при использовании естественной конвекции.
Какие формы профиля радиатора обеспечивают наилучшие характеристики для этих корпусов?
Экструдированный алюминиевый ребристый профиль является наиболее эффективной формой для корпусов TO-220 и TO-247, обеспечивая улучшение тепловых характеристик на 30–40 процентов по сравнению с плоской пластиной той же площади. Стандартная экструзия шириной 25,0 мм с 6 ребрами, каждое толщиной 1,5 мм и высотой 10,0 мм, обеспечивает тепловое сопротивление 6,5 °C/Вт при длине 75 мм для корпуса TO-220. Для корпусов TO-247 более широкий профиль 40,0 мм с 8 ребрами, каждое толщиной 2,0 мм и высотой 15,0 мм, обеспечивает 4,0 °C/Вт при той же длине. Штампованные алюминиевые радиаторы с конструкцией из сложенных ребер приемлемы для маломощных применений ниже 5 Вт, но они обычно имеют на 20 процентов более высокое тепловое сопротивление, чем экструдированные профили тех же размеров.
Каковы стандартные значения теплового сопротивления для распространенных размеров радиаторов?
В следующей таблице приведены типичные значения теплового сопротивления для стандартных алюминиевых радиаторов, используемых с корпусами TO-220 и TO-247 при естественной конвекции. Эти значения предполагают черное анодированное покрытие, которое повышает коэффициент излучения с 0,1 до 0,9 и снижает тепловое сопротивление примерно на 15 процентов по сравнению с необработанным алюминием.
| Корпус | Размер радиатора (мм) | Площадь поверхности (см²) | Тепловое сопротивление (°C/Вт) | Макс. мощность при повышении на 75 °C |
| TO-220 | 19 x 12,7 x 10 | 15 | 15,0 | 5 Вт |
| TO-220 | 25 x 20 x 15 | 30 | 9,0 | 8 Вт |
| TO-220 | 30 x 25 x 20 | 50 | 6,0 | 12 Вт |
| TO-247 | 25,4 x 15,2 x 15 | 35 | 8,0 | 9 Вт |
| TO-247 | 40 x 30 x 20 | 80 | 4,5 | 16 Вт |
| TO-247 | 50 x 40 x 30 | 140 | 3,0 | 25 Вт |
Почему термоинтерфейсный материал изменяет требуемый размер радиатора?
Термоинтерфейсный материал (ТИМ) добавляет контактное сопротивление, которое напрямую увеличивает общее тепловое сопротивление, тем самым требуя большего радиатора для той же рассеиваемой мощности. Сухая слюдяная изоляция со смазкой имеет тепловое сопротивление 0,5 °C/Вт, силиконовая прокладка толщиной 0,25 мм обеспечивает 1,0 °C/Вт, а материал с фазовым переходом обеспечивает 0,2 °C/Вт. Если вы используете силиконовую прокладку вместо смазки, радиатор должен иметь на 10 процентов более низкое тепловое сопротивление для компенсации, что означает увеличение площади поверхности на 15 процентов. Для мощных применений TO-247 свыше 15 Вт мы рекомендуем использовать материал с фазовым переходом или прямой монтаж без изоляции, чтобы минимизировать вклад ТИМ до менее 0,3 °C/Вт.
Когда следует выбирать нестандартный радиатор вместо стандартного размера?
Следует выбирать нестандартный радиатор, когда ваше применение требует нестандартной схемы монтажных отверстий, необычной формы для соответствия конкретному корпусу или теплового сопротивления ниже 2,0 °C/Вт, которое стандартные экструзии не могут обеспечить. Нестандартные экструдированные радиаторы имеют стоимость оснастки от 800 до 1500 долларов США за новую матрицу профиля, с минимальным объемом заказа 500 штук и сроком поставки 3–4 недели. Штампованные нестандартные радиаторы более экономичны для больших объемов свыше 10 000 штук, со стоимостью оснастки от 500 до 2000 долларов США и ценой за штуку от 0,05 доллара США. Для объемов менее 100 штук механическая обработка нестандартного радиатора из стандартной заготовки является наиболее экономически эффективным вариантом, с типичной ценой от 3 до 8 долларов США за штуку и сроком поставки 5 дней.
Как воздушный поток и ориентация влияют на стандартный размер радиатора?
Принудительное воздушное охлаждение значительно уменьшает требуемый размер радиатора: скорость воздушного потока 2 м/с снижает тепловое сопротивление на 50–60 процентов по сравнению с естественной конвекцией. Радиатор размером 40 x 30 x 20 мм с тепловым сопротивлением 4,5 °C/Вт на открытом воздухе снизится до 2,0 °C/Вт при скорости воздушного потока 2 м/с, что позволит тому же корпусу TO-247 рассеивать 20 Вт вместо 9 Вт. Ориентация также имеет значение: вертикальное расположение ребер вдоль воздушного потока улучшает характеристики на 10 процентов по сравнению с горизонтальными ребрами, а наклон под 45 градусов снижает эффективность естественной конвекции на 15 процентов. При монтаже радиатора на вертикальной печатной плате убедитесь, что ребра расположены вертикально для создания эффекта тяги, что может улучшить тепловые характеристики на 20 процентов.
Каковы распространенные ошибки при выборе радиатора для этих корпусов?
Наиболее распространенная ошибка — игнорирование теплового сопротивления монтажного интерфейса, которое может добавить 30–50 процентов к общему тепловому сопротивлению, если его неправильно учесть. Другая частая ошибка — использование радиатора, слишком маленького для пиковой рассеиваемой мощности, а не средней, что может привести к превышению максимальной температуры перехода 150 °C при переходных нагрузках. Инженеры также упускают из виду влияние высоты над уровнем моря, где эффективность естественной конвекции ухудшается на 1 процент на каждые 100 метров над уровнем моря, что требует радиатора на 15 процентов большего размера на высоте 1500 метров. Наконец, использование необработанного алюминиевого радиатора во влажной среде может привести к коррозии в месте монтажа, увеличивая тепловое сопротивление на 20 процентов со временем.
Часто задаваемые вопросы
Каков минимальный размер радиатора для корпуса TO-220 при мощности 5 Вт?
Минимальный практичный размер радиатора для корпуса TO-220 при мощности 5 Вт с повышением температуры на 75 °C составляет 19,0 мм на 12,7 мм на 10,0 мм, обеспечивая тепловое сопротивление 15,0 °C/Вт. Этот размер подходит для применений с температурой окружающей среды 25 °C и естественной конвекцией, что дает температуру перехода приблизительно 115 °C при сопротивлении переход-корпус 3,0 °C/Вт. Если температура окружающей среды превышает 40 °C, необходимо увеличить площадь поверхности радиатора на 30 процентов.
Можно ли использовать один и тот же радиатор для корпусов TO-220 и TO-247?
Нельзя напрямую использовать один и тот же радиатор для обоих корпусов, поскольку расстояние между монтажными отверстиями различается (10,0 мм для TO-220 против 15,2 мм для TO-247), а толщина выступа варьируется (1,2 мм против 1,5 мм). Однако можно использовать радиатор с несколькими схемами монтажных отверстий, которые доступны с расстоянием как 10,0 мм, так и 15,2 мм, или использовать универсальный зажим, подходящий для обоих типов корпусов. Тепловые характеристики будут различаться: корпус TO-247 имеет более низкое сопротивление переход-корпус, поэтому радиатор, рассчитанный на TO-220, будет избыточным для TO-247 при той же мощности.
Какова разница в стоимости между штампованными и экструдированными радиаторами для этих корпусов?
Штампованные радиаторы стоят от 0,03 до 0,15 доллара США за штуку при объемах свыше 10 000 единиц, тогда как экструдированные радиаторы стоят от 0,15 до 0,50 доллара США за штуку при том же объеме. Стоимость оснастки для штампованного радиатора составляет от 500 до 2000 долларов США, тогда как матрица для экструзии стоит от 800 до 1500 долларов США, что делает штампованные детали более экономичными для очень больших объемов. Для прототипных партий менее 100 штук механически обработанные алюминиевые радиаторы являются наиболее практичным вариантом по цене от 3 до 8 долларов США за штуку.
Как рассчитать размер радиатора для корпуса TO-247 при мощности 20 Вт?
Для корпуса TO-247 при мощности 20 Вт с максимальной температурой перехода 150 °C и температурой окружающей среды 25 °C общее тепловое сопротивление должно составлять 6,25 °C/Вт. Вычитая сопротивление переход-корпус 0,5 °C/Вт и сопротивление ТИМ 0,2 °C/Вт, остается требуемое сопротивление радиатора 5,55 °C/Вт. Радиатор размером 40 x 30 x 20 мм с тепловым сопротивлением 4,5 °C/Вт или блок 50 x 40 x 30 мм с сопротивлением 3,0 °C/Вт обеспечат адекватное охлаждение с запасом надежности.
Какое покрытие радиатора обеспечивает наилучшие тепловые характеристики?
Черное анодированное покрытие обеспечивает наилучшие тепловые характеристики, снижая тепловое сопротивление на 15 процентов по сравнению с необработанным алюминием благодаря повышению коэффициента излучения с 0,1 до 0,9. Прозрачное анодирование оказывает незначительное влияние на характеристики, тогда как окрашенное покрытие может снизить тепловое сопротивление на 20 процентов, но добавляет слой, который может отслаиваться. Для наружных или коррозионных сред рекомендуется хроматное конверсионное покрытие, хотя оно не дает тепловых преимуществ по сравнению с необработанным алюминием.
Когда следует использовать радиатор с вентилятором вместо более крупного пассивного радиатора?
Следует использовать радиатор с вентилятором, когда доступное пространство на плате ограничено, поскольку радиатор размером 20 x 20 x 10 мм с вентилятором на 5 В может рассеивать 10 Вт, тогда как пассивному радиатору требуется не менее 50 см² площади поверхности для той же мощности. Радиаторы с вентилятором также предпочтительны при высокой температуре окружающей среды или когда устройство испытывает частые переходные нагрузки, требующие быстрого охлаждения. Однако вентиляторы создают проблемы с надежностью: средняя наработка на отказ составляет 40 000 часов, поэтому для применений, требующих 10-летнего срока службы без обслуживания, обязателен пассивный радиатор.
Каков срок поставки нестандартных экструдированных радиаторов в малых количествах?
Срок поставки нестандартных экструдированных радиаторов в малых количествах от 100 до 1000 штук составляет 3–4 недели, включая одну неделю на изготовление матрицы и две-три недели на экструзию, резку и отделку. Если вам требуется нестандартная длина стандартного экструзионного профиля, срок поставки составляет 1–2 недели без стоимости оснастки и с минимальным объемом заказа 50 штук. Для срочных требований мы предлагаем экспресс-услугу за 5 дней для механически обработанных нестандартных радиаторов в количествах до 50 штук.
Для ваших конкретных требований к радиаторам мы предоставляем услугу расчета стоимости в течение 12 часов с бесплатным тепловым моделированием и рекомендациями по проектированию. Свяжитесь с нами по электронной почте: sc@bquq.com, WhatsApp: +86 13713157787 или посетите www.bquq.com, чтобы обсудить ваши потребности в охлаждении для TO-220, TO-247 или нестандартных корпусов.
