Was ist die Standard-Kühlkörpergröße für TO-220, TO-247 und andere Gehäuse?
Die Standard-Kühlkörpergröße für ein TO-220-Gehäuse beträgt typischerweise 19,0 mm Breite, 12,7 mm Tiefe und 10,0 mm Höhe, während ein TO-247-Gehäuse üblicherweise eine größere Grundfläche von 25,4 mm mal 15,2 mm mit einer Höhe von 15,0 mm benötigt. Diese Abmessungen sind keine universellen Normen, sondern vielmehr Basiswerte, die je nach Verlustleistung, Luftstrom und Wärmewiderstandsanforderungen angepasst werden müssen. Für eine typische 10-Watt-Anwendung mit TO-220 und natürlicher Konvektion ist ein 30,0 mm mal 20,0 mm großer Aluminium-Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 8,0 °C/W die minimale praktikable Größe, um eine Sperrschichttemperatur unter 125 °C zu halten.
Was sind die genauen Montagemaße für TO-220- und TO-247-Kühlkörper?
Die Bohrbilder für die Montage sind die primäre Einschränkung bei der Auswahl eines Kühlkörpers. Bei TO-220-Gehäusen beträgt der Standardabstand der Montagebohrungen 2,54 mm zwischen den beiden Anschlüssen und 5,08 mm zwischen der Montagebohrung und dem mittleren Anschluss. Der typische Durchmesser der Montagebohrung beträgt 3,2 mm, um eine M3-Schraube aufzunehmen, wobei die Bohrungsmitten 10,0 mm voneinander entfernt sind. Bei TO-247-Gehäusen erhöht sich der Abstand der Montagebohrungen auf 5,08 mm zwischen den Anschlüssen, und der Bohrungsdurchmesser beträgt 4,2 mm für eine M4-Schraube, mit einem Mittenabstand von 15,2 mm. Die Dicke des Montageansatzes beträgt 1,2 mm bei TO-220 und 1,5 mm bei TO-247, was sich direkt auf die erforderliche Tiefe des Kühlkörperschlitzes auswirkt, die üblicherweise 1,5 mm bzw. 2,0 mm beträgt.
Wie viel Kühlkörperoberfläche benötigen Sie für eine gegebene Verlustleistung?
Die erforderliche Oberfläche hängt vom Wärmewiderstandsbudget ab, das berechnet wird, indem man die Temperaturdifferenz durch die Verlustleistung teilt. Bei einem TO-220-Gehäuse mit einem Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse von 3,0 °C/W und einer maximalen Sperrschichttemperatur von 150 °C, betrieben bei 25 °C Umgebungstemperatur, erfordert eine 10-Watt-Last einen Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von nicht mehr als 9,5 °C/W. Ein Aluminium-Kühlkörper mit natürlicher Konvektion und einer Oberfläche von etwa 50 cm² bietet etwa 10 °C/W, während ein Kühlkörper mit Zwangsbelüftung und einem Luftstrom von 2 m/s denselben Wärmewiderstand mit nur 20 cm² Oberfläche erreichen kann. Als Faustregel gilt: Für jede zusätzlichen 5 Watt Verlustleistung müssen Sie die Oberfläche bei natürlicher Konvektion verdoppeln.
Welche Kühlkörperprofilformen bieten die beste Leistung für diese Gehäuse?
Das extrudierte Aluminiumrippenprofil ist die effizienteste Form für TO-220- und TO-247-Gehäuse und bietet eine 30 bis 40 Prozent bessere thermische Leistung als eine flache Platte mit derselben Grundfläche. Eine Standardextrusion mit 25,0 mm Breite und 6 Rippen, jede 1,5 mm dick und 10,0 mm hoch, bietet bei 75 mm Länge einen Wärmewiderstand von 6,5 °C/W für ein TO-220-Gehäuse. Für TO-247-Gehäuse ergibt ein breiteres Profil von 40,0 mm mit 8 Rippen, jede 2,0 mm dick und 15,0 mm hoch, bei derselben Länge 4,0 °C/W. Geprägte Aluminium-Kühlkörper mit gefalteter Rippenkonstruktion sind für Anwendungen mit geringer Leistung unter 5 Watt akzeptabel, haben jedoch typischerweise einen um 20 Prozent höheren Wärmewiderstand als extrudierte Profile mit denselben Abmessungen.
Was sind die Standard-Wärmewiderstandswerte für gängige Kühlkörpergrößen?
Die folgende Tabelle zeigt typische Wärmewiderstandswerte für Standard-Aluminium-Kühlkörpergrößen, die mit TO-220- und TO-247-Gehäusen unter natürlicher Konvektion verwendet werden. Diese Werte gehen von einer schwarz eloxierten Oberfläche aus, die den Emissionsgrad von 0,1 auf 0,9 erhöht und den Wärmewiderstand im Vergleich zu blankem Aluminium um etwa 15 Prozent reduziert.
| Gehäuse | Kühlkörpergröße (mm) | Oberfläche (cm²) | Wärmewiderstand (°C/W) | Maximale Leistung bei 75 °C Anstieg |
| TO-220 | 19 x 12,7 x 10 | 15 | 15,0 | 5 W |
| TO-220 | 25 x 20 x 15 | 30 | 9,0 | 8 W |
| TO-220 | 30 x 25 x 20 | 50 | 6,0 | 12 W |
| TO-247 | 25,4 x 15,2 x 15 | 35 | 8,0 | 9 W |
| TO-247 | 40 x 30 x 20 | 80 | 4,5 | 16 W |
| TO-247 | 50 x 40 x 30 | 140 | 3,0 | 25 W |
Warum verändert das Wärmeleitmaterial die erforderliche Kühlkörpergröße?
Das Wärmeleitmaterial (TIM) fügt einen Kontaktwärmewiderstand hinzu, der den gesamten Wärmewiderstand direkt erhöht und somit bei gleicher Verlustleistung einen größeren Kühlkörper erfordert. Eine trockene Glimmer-Isolierscheibe mit Wärmeleitpaste hat einen Wärmewiderstand von 0,5 °C/W, während ein Silikonpad mit einer Dicke von 0,25 mm 1,0 °C/W bietet und ein Phasenwechselmaterial 0,2 °C/W liefert. Wenn Sie ein Silikonpad anstelle von Wärmeleitpaste verwenden, muss der Kühlkörper einen um 10 Prozent niedrigeren Wärmewiderstand aufweisen, um dies auszugleichen, was einer 15-prozentigen Vergrößerung der Oberfläche entspricht. Für Hochleistungs-TO-247-Anwendungen über 15 Watt empfehlen wir die Verwendung eines Phasenwechselmaterials oder die direkte Montage ohne Isolierung, um den TIM-Beitrag auf weniger als 0,3 °C/W zu minimieren.
Wann sollten Sie einen kundenspezifischen Kühlkörper anstelle einer Standardgröße wählen?
Sie sollten einen kundenspezifischen Kühlkörper wählen, wenn Ihre Anwendung ein nicht standardmäßiges Bohrbild, eine ungewöhnliche Form zur Anpassung an ein bestimmtes Gehäuse oder einen Wärmewiderstand unter 2,0 °C/W erfordert, den Standardextrusionen nicht erreichen können. Kundenspezifische extrudierte Kühlkörper haben Werkzeugkosten von 800 bis 1.500 USD für ein neues Profilwerkzeug, mit einer Mindestbestellmenge von 500 Stück und einer Lieferzeit von 3 bis 4 Wochen. Geprägte kundenspezifische Kühlkörper sind für hohe Stückzahlen über 10.000 Stück wirtschaftlicher, mit Werkzeugkosten zwischen 500 und 2.000 USD und Stückpreisen ab 0,05 USD. Für Mengen unter 100 Stück ist die spanende Bearbeitung eines kundenspezifischen Kühlkörpers aus einem Standardblock die kostengünstigste Option, mit einem typischen Preis von 3 bis 8 USD pro Stück und einer Lieferzeit von 5 Tagen.
Wie beeinflussen Luftstrom und Ausrichtung die Standard-Kühlkörpergröße?
Zwangsbelüftung reduziert die erforderliche Kühlkörpergröße erheblich, wobei ein Luftstrom von 2 m/s den Wärmewiderstand im Vergleich zu natürlicher Konvektion um 50 bis 60 Prozent senkt. Ein Kühlkörper mit den Maßen 40 x 30 x 20 mm und einem Wärmewiderstand von 4,5 °C/W in freier Luft sinkt bei 2 m/s Luftstrom auf 2,0 °C/W, sodass dasselbe TO-247-Gehäuse 20 Watt statt 9 Watt ableiten kann. Auch die Ausrichtung spielt eine Rolle: Vertikale Rippenausrichtung mit dem Luftstrom verbessert die Leistung um 10 Prozent gegenüber horizontalen Rippen, und eine Neigung von 45 Grad reduziert die Leistung bei natürlicher Konvektion um 15 Prozent. Bei der Montage eines Kühlkörpers auf einer vertikalen Leiterplatte sollten Sie sicherstellen, dass die Rippen vertikal verlaufen, um den Kamineffekt des Luftstroms zu fördern, was die thermische Leistung um 20 Prozent verbessern kann.
Was sind die häufigsten Fehler bei der Auswahl eines Kühlkörpers für diese Gehäuse?
Der häufigste Fehler ist das Ignorieren des Wärmewiderstands der Montageschnittstelle, der 30 bis 50 Prozent zum Gesamtwärmewiderstand hinzufügen kann, wenn er nicht ordnungsgemäß berücksichtigt wird. Ein weiterer häufiger Fehler ist die Verwendung eines Kühlkörpers, der für die Spitzenverlustleistung statt für die durchschnittliche Leistung zu klein ist, was dazu führen kann, dass die Sperrschichttemperatur bei transienten Lasten das Maximum von 150 °C überschreitet. Ingenieure übersehen auch den Einfluss der Höhenlage, bei der die Leistung der natürlichen Konvektion um 1 Prozent pro 100 Meter über dem Meeresspiegel abnimmt, was in 1.500 Metern Höhe einen um 15 Prozent größeren Kühlkörper erfordert. Schließlich kann die Verwendung eines unbeschichteten Aluminium-Kühlkörpers in feuchter Umgebung zu Korrosion an der Montageschnittstelle führen, was den Wärmewiderstand im Laufe der Zeit um 20 Prozent erhöht.
FAQ
Was ist die minimale Kühlkörpergröße für ein TO-220-Gehäuse bei 5 Watt?
Die minimale praktikable Kühlkörpergröße für ein TO-220-Gehäuse bei 5 Watt mit einem Temperaturanstieg von 75 °C beträgt 19,0 mm mal 12,7 mm mal 10,0 mm und bietet einen Wärmewiderstand von 15,0 °C/W. Diese Größe ist geeignet für Anwendungen mit 25 °C Umgebungstemperatur und natürlicher Konvektion und führt zu einer Sperrschichttemperatur von etwa 115 °C bei einem Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse von 3,0 °C/W. Wenn die Umgebungstemperatur 40 °C übersteigt, müssen Sie die Kühlkörperoberfläche um 30 Prozent vergrößern.
Kann man denselben Kühlkörper für TO-220- und TO-247-Gehäuse verwenden?
Sie können nicht direkt denselben Kühlkörper für beide Gehäuse verwenden, da sich der Abstand der Montagebohrungen unterscheidet (10,0 mm bei TO-220 gegenüber 15,2 mm bei TO-247) und die Ansatzdicke variiert (1,2 mm gegenüber 1,5 mm). Sie können jedoch einen Kühlkörper mit mehreren Bohrbildern verwenden, die sowohl mit 10,0 mm als auch mit 15,2 mm Abstand erhältlich sind, oder eine universelle Klammer verwenden, die beide Gehäusebreiten aufnimmt. Die thermische Leistung wird unterschiedlich sein, wobei das TO-247-Gehäuse einen niedrigeren Wärmewiderstand von der Sperrschicht zum Gehäuse hat, sodass ein für TO-220 dimensionierter Kühlkörper für TO-247 bei gleicher Leistung überdimensioniert ist.
Was ist der Kostenunterschied zwischen geprägten und extrudierten Kühlkörpern für diese Gehäuse?
Geprägte Kühlkörper kosten zwischen 0,03 und 0,15 USD pro Stück bei Stückzahlen über 10.000 Einheiten, während extrudierte Kühlkörper bei derselben Stückzahl zwischen 0,15 und 0,50 USD pro Stück kosten. Die Werkzeugkosten für einen geprägten Kühlkörper betragen 500 bis 2.000 USD, während ein Extrusionswerkzeug 800 bis 1.500 USD kostet, was geprägte Teile für sehr hohe Stückzahlen wirtschaftlicher macht. Für Prototypenmengen unter 100 Stück sind spanend bearbeitete Aluminium-Kühlkörper mit 3 bis 8 USD pro Stück die praktikabelste Option.
Wie berechnen Sie die Kühlkörpergröße für ein TO-247-Gehäuse bei 20 Watt?
Für ein TO-247-Gehäuse bei 20 Watt mit einer maximalen Sperrschichttemperatur von 150 °C und einer Umgebungstemperatur von 25 °C muss der Gesamtwärmewiderstand 6,25 °C/W betragen. Nach Abzug des Wärmewiderstands von der Sperrschicht zum Gehäuse von 0,5 °C/W und des TIM-Wärmewiderstands von 0,2 °C/W bleibt ein erforderlicher Kühlkörperwärmewiderstand von 5,55 °C/W. Ein Kühlkörper von 40 x 30 x 20 mm mit einem Wärmewiderstand von 4,5 °C/W oder ein 50 x 40 x 30 mm großes Modell mit 3,0 °C/W bietet ausreichende Kühlung mit Sicherheitsmarge.
Welche Kühlkörperoberfläche bietet die beste thermische Leistung?
Eine schwarz eloxierte Oberfläche bietet die beste thermische Leistung und reduziert den Wärmewiderstand um 15 Prozent gegenüber blankem Aluminium, da der Emissionsgrad von 0,1 auf 0,9 erhöht wird. Eine klar eloxierte Oberfläche hat einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Leistung, während eine lackierte Oberfläche den Wärmewiderstand um 20 Prozent reduzieren kann, aber eine Schicht hinzufügt, die abblättern kann. Für Außen- oder korrosive Umgebungen wird eine Chromatkonversionsbeschichtung empfohlen, obwohl sie keinen thermischen Vorteil gegenüber blankem Aluminium bietet.
Wann sollten Sie einen Kühlkörper mit Lüfter anstelle eines größeren passiven Kühlkörpers verwenden?
Sie sollten einen lüftergekühlten Kühlkörper verwenden, wenn der verfügbare Platz auf der Leiterplatte begrenzt ist, da ein 20 x 20 x 10 mm großer Kühlkörper mit einem 5-V-Lüfter 10 Watt ableiten kann, während ein passiver Kühlkörper für dieselbe Leistung mindestens 50 cm² Oberfläche benötigt. Lüftergekühlte Kühlkörper werden auch bevorzugt, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist oder wenn das Bauteil häufigen transienten Lasten ausgesetzt ist, die eine schnelle Kühlung erfordern. Lüfter bringen jedoch Zuverlässigkeitsbedenken mit sich, mit einer mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen von 40.000 Stunden. Für Anwendungen, die eine 10-jährige Lebensdauer ohne Wartung erfordern, ist ein passiver Kühlkörper daher zwingend erforderlich.
Wie hoch ist die Lieferzeit für kundenspezifische extrudierte Kühlkörper in kleinen Mengen?
Die Lieferzeit für kundenspezifische extrudierte Kühlkörper in kleinen Mengen von 100 bis 1.000 Stück beträgt 3 bis 4 Wochen, einschließlich einer Woche für die Werkzeugherstellung und zwei bis drei Wochen für Extrusion, Sägen und Endbearbeitung. Wenn Sie eine kundenspezifische Länge eines Standardextrusionsprofils benötigen, beträgt die Lieferzeit 1 bis 2 Wochen ohne Werkzeugkosten und mit einer Mindestbestellmenge von 50 Stück. Für dringende Anforderungen bieten wir einen 5-Tage-Expressservice für spanend bearbeitete kundenspezifische Kühlkörper in Mengen bis zu 50 Stück an.
Für Ihre spezifischen Kühlkörperanforderungen bieten wir einen 12-Stunden-Angebotsservice mit kostenloser thermischer Simulation und Designempfehlungen. Kontaktieren Sie uns per E-Mail: sc@bquq.com, WhatsApp: +86 13713157787, oder besuchen Sie www.bquq.com, um Ihre Kühlungsanforderungen für TO-220, TO-247 oder kundenspezifische Gehäuse zu besprechen.
