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Quelle est la taille standard de dissipateur thermique pour les boîtiers TO-220, TO-247 et autres ?

La taille standard de dissipateur thermique pour un boîtier TO-220 est généralement de 19,0 mm de large sur 12,7 mm de profondeur sur 10,0 mm de haut, tandis qu'un boîtier TO-247 nécessite couramment une empreinte plus grande de 25,4 mm sur 15,2 mm avec une hauteur de 15,0 mm. Ces dimensions ne sont pas des normes universelles mais plutôt des spécifications de base qui doivent être ajustées en fonction de la dissipation de puissance, du flux d'air et des exigences de résistance thermique. Pour une application typique TO-220 de 10 watts en convection naturelle, un dissipateur thermique en aluminium de 30,0 mm sur 20,0 mm avec une résistance thermique de 8,0 °C/W est la taille minimale pratique pour maintenir une température de jonction inférieure à 125 °C.

Quelles sont les dimensions de montage exactes pour les dissipateurs thermiques TO-220 et TO-247 ?

Les schémas de perçage de montage constituent la contrainte principale lors du choix d'un dissipateur thermique. Pour les boîtiers TO-220, l'espacement standard des trous de montage est de 2,54 mm entre les deux broches et de 5,08 mm entre le trou de montage et la broche centrale. Le diamètre typique du trou de montage est de 3,2 mm pour accueillir une vis M3, avec des centres de trous espacés de 10,0 mm. Pour les boîtiers TO-247, l'espacement des trous de montage passe à 5,08 mm entre les broches, et le diamètre du trou est de 4,2 mm pour une vis M4, avec un espacement centre à centre de 15,2 mm. L'épaisseur de la patte de montage est de 1,2 mm pour le TO-220 et de 1,5 mm pour le TO-247, ce qui affecte directement la profondeur de rainure requise du dissipateur thermique, généralement de 1,5 mm et 2,0 mm respectivement.

Quelle surface de dissipateur thermique faut-il pour une dissipation de puissance donnée ?

La surface requise dépend du budget de résistance thermique, qui est calculé en divisant la différence de température par la puissance dissipée. Pour un boîtier TO-220 avec une résistance thermique jonction-boîtier de 3,0 °C/W et une température de jonction maximale de 150 °C, fonctionnant à une température ambiante de 25 °C, une charge de 10 watts nécessite un dissipateur thermique avec une résistance thermique ne dépassant pas 9,5 °C/W. Un dissipateur thermique en aluminium à convection naturelle avec une surface d'environ 50 cm² fournira environ 10 °C/W, tandis qu'un dissipateur thermique à air forcé avec un flux d'air de 2 m/s peut atteindre la même résistance thermique avec seulement 20 cm² de surface. En règle générale, pour chaque tranche supplémentaire de 5 watts de dissipation de puissance, vous devez doubler la surface en convection naturelle.

Quelles formes de profil de dissipateur thermique offrent les meilleures performances pour ces boîtiers ?

Le profil en aluminium extrudé à ailettes est la forme la plus efficace pour les boîtiers TO-220 et TO-247, offrant une amélioration de 30 à 40 pour cent des performances thermiques par rapport à une plaque plate de même empreinte. Une extrusion standard de 25,0 mm de large avec 6 ailettes, chacune de 1,5 mm d'épaisseur et 10,0 mm de haut, fournit une résistance thermique de 6,5 °C/W sur une longueur de 75 mm pour un boîtier TO-220. Pour les boîtiers TO-247, un profil plus large de 40,0 mm avec 8 ailettes, chacune de 2,0 mm d'épaisseur et 15,0 mm de haut, donne 4,0 °C/W à la même longueur. Les dissipateurs thermiques en aluminium embouti avec une conception à ailettes pliées sont acceptables pour les applications de faible puissance inférieures à 5 watts, mais ils présentent généralement une résistance thermique 20 pour cent plus élevée que les profils extrudés de mêmes dimensions.

Quelles sont les valeurs standard de résistance thermique pour les tailles courantes de dissipateurs thermiques ?

Le tableau suivant fournit les valeurs typiques de résistance thermique pour les tailles standard de dissipateurs thermiques en aluminium utilisés avec les boîtiers TO-220 et TO-247 en convection naturelle. Ces valeurs supposent une finition anodisée noire, qui améliore l'émissivité de 0,1 à 0,9 et réduit la résistance thermique d'environ 15 pour cent par rapport à l'aluminium nu.

Pourquoi le matériau d'interface thermique change-t-il la taille requise du dissipateur thermique ?

Le matériau d'interface thermique (TIM) ajoute une résistance de contact qui augmente directement la résistance thermique totale, nécessitant ainsi un dissipateur thermique plus grand pour la même dissipation de puissance. Un isolant en mica sec avec graisse a une résistance thermique de 0,5 °C/W, tandis qu'un tampon en silicone d'une épaisseur de 0,25 mm offre 1,0 °C/W, et un matériau à changement de phase fournit 0,2 °C/W. Si vous utilisez un tampon en silicone au lieu de la graisse, le dissipateur thermique doit avoir une résistance thermique inférieure de 10 pour cent pour compenser, ce qui se traduit par une augmentation de 15 pour cent de la surface. Pour les applications TO-247 de forte puissance supérieures à 15 watts, nous recommandons d'utiliser un matériau à changement de phase ou un montage direct sans isolation pour minimiser la contribution du TIM à moins de 0,3 °C/W.

Quand faut-il choisir un dissipateur thermique personnalisé plutôt qu'une taille standard ?

Vous devez choisir un dissipateur thermique personnalisé lorsque votre application nécessite un schéma de perçage non standard, une forme particulière pour s'adapter à un boîtier spécifique, ou une résistance thermique inférieure à 2,0 °C/W que les extrusions standard ne peuvent pas atteindre. Les dissipateurs thermiques extrudés personnalisés ont un coût d'outillage de 800 à 1 500 USD pour une nouvelle filière de profil, avec une quantité minimale de commande de 500 pièces et un délai de livraison de 3 à 4 semaines. Les dissipateurs thermiques emboutis personnalisés sont plus économiques pour les volumes élevés supérieurs à 10 000 pièces, avec des coûts d'outillage entre 500 et 2 000 USD et des prix unitaires aussi bas que 0,05 USD. Pour les quantités inférieures à 100 pièces, l'usinage d'un dissipateur thermique personnalisé à partir d'un bloc standard est l'option la plus rentable, avec un prix typique de 3 à 8 USD par pièce et un délai de livraison de 5 jours.

Comment le flux d'air et l'orientation affectent-ils la taille standard du dissipateur thermique ?

Le refroidissement par air forcé réduit considérablement la taille requise du dissipateur thermique, avec un flux d'air de 2 m/s réduisant la résistance thermique de 50 à 60 pour cent par rapport à la convection naturelle. Un dissipateur thermique mesurant 40 x 30 x 20 mm avec une résistance thermique de 4,5 °C/W en air libre passera à 2,0 °C/W à un flux d'air de 2 m/s, permettant au même boîtier TO-247 de dissiper 20 watts au lieu de 9 watts. L'orientation compte également : l'alignement vertical des ailettes avec le flux d'air améliore les performances de 10 pour cent par rapport aux ailettes horizontales, et une inclinaison de 45 degrés réduit les performances en convection naturelle de 15 pour cent. Lors du montage d'un dissipateur thermique sur un PCB vertical, assurez-vous que les ailettes sont verticales pour favoriser le flux d'air par effet cheminée, ce qui peut améliorer les performances thermiques de 20 pour cent.

Quelles sont les erreurs courantes lors du choix d'un dissipateur thermique pour ces boîtiers ?

L'erreur la plus courante est d'ignorer la résistance thermique de l'interface de montage, ce qui peut ajouter 30 à 50 pour cent à la résistance thermique totale si elle n'est pas correctement prise en compte. Une autre erreur fréquente est d'utiliser un dissipateur thermique trop petit pour la dissipation de puissance de crête, et non la puissance moyenne, ce qui peut faire dépasser la température de jonction du maximum de 150 °C lors des charges transitoires. Les ingénieurs négligent également l'effet de l'altitude, où les performances en convection naturelle se dégradent de 1 pour cent pour chaque 100 mètres au-dessus du niveau de la mer, nécessitant un dissipateur thermique 15 pour cent plus grand à 1 500 mètres. Enfin, l'utilisation d'un dissipateur thermique en aluminium non revêtu dans un environnement humide peut entraîner une corrosion à l'interface de montage, augmentant la résistance thermique de 20 pour cent avec le temps.

FAQ

Quelle est la taille minimale de dissipateur thermique pour un boîtier TO-220 à 5 watts ?

La taille minimale pratique de dissipateur thermique pour un boîtier TO-220 à 5 watts avec une élévation de température de 75 °C est de 19,0 mm sur 12,7 mm sur 10,0 mm, fournissant une résistance thermique de 15,0 °C/W. Cette taille convient aux applications avec une température ambiante de 25 °C et une convection naturelle, résultant en une température de jonction d'environ 115 °C avec une résistance jonction-boîtier de 3,0 °C/W. Si la température ambiante dépasse 40 °C, vous devez augmenter la surface du dissipateur thermique de 30 pour cent.

Peut-on utiliser le même dissipateur thermique pour les boîtiers TO-220 et TO-247 ?

Vous ne pouvez pas utiliser directement le même dissipateur thermique pour les deux boîtiers car l'espacement des trous de montage diffère (10,0 mm pour le TO-220 contre 15,2 mm pour le TO-247) et l'épaisseur de la patte varie (1,2 mm contre 1,5 mm). Cependant, vous pouvez utiliser un dissipateur thermique avec plusieurs schémas de perçage, disponibles avec un espacement de 10,0 mm et 15,2 mm, ou utiliser un clip universel qui s'adapte aux deux largeurs de boîtier. Les performances thermiques différeront, le boîtier TO-247 ayant une résistance jonction-boîtier plus faible, donc un dissipateur thermique dimensionné pour le TO-220 sera surdimensionné pour le TO-247 à la même puissance.

Quelle est la différence de coût entre les dissipateurs thermiques emboutis et extrudés pour ces boîtiers ?

Les dissipateurs thermiques emboutis coûtent entre 0,03 et 0,15 USD par pièce pour des volumes supérieurs à 10 000 unités, tandis que les dissipateurs thermiques extrudés coûtent entre 0,15 et 0,50 USD par pièce pour le même volume. Le coût d'outillage pour un dissipateur thermique embouti est de 500 à 2 000 USD, tandis qu'une filière d'extrusion coûte 800 à 1 500 USD, ce qui rend les pièces embouties plus économiques pour les très grands volumes. Pour les quantités de prototypes inférieures à 100 pièces, les dissipateurs thermiques en aluminium usinés sont l'option la plus pratique à 3 à 8 USD par pièce.

Comment calculer la taille du dissipateur thermique pour un boîtier TO-247 à 20 watts ?

Pour un boîtier TO-247 à 20 watts avec une température de jonction maximale de 150 °C et une température ambiante de 25 °C, la résistance thermique totale doit être de 6,25 °C/W. En soustrayant la résistance jonction-boîtier de 0,5 °C/W et la résistance du TIM de 0,2 °C/W, il reste une résistance thermique requise du dissipateur de 5,55 °C/W. Un dissipateur thermique de 40 x 30 x 20 mm avec une résistance thermique de 4,5 °C/W, ou une unité de 50 x 40 x 30 mm à 3,0 °C/W, fournira un refroidissement adéquat avec une marge de sécurité.

Quelle finition de dissipateur thermique offre les meilleures performances thermiques ?

Une finition anodisée noire offre les meilleures performances thermiques, réduisant la résistance thermique de 15 pour cent par rapport à l'aluminium nu grâce à une émissivité accrue de 0,1 à 0,9. Une finition anodisée claire a un effet négligeable sur les performances, tandis qu'une finition peinte peut réduire la résistance thermique de 20 pour cent mais ajoute une couche qui peut s'écailler. Pour les environnements extérieurs ou corrosifs, un revêtement de conversion au chromate est recommandé, bien qu'il n'offre aucun avantage thermique par rapport à l'aluminium nu.

Quand faut-il utiliser un dissipateur thermique avec ventilateur plutôt qu'un dissipateur passif plus grand ?

Vous devez utiliser un dissipateur thermique refroidi par ventilateur lorsque l'espace disponible sur la carte est limité, car un dissipateur thermique de 20 x 20 x 10 mm avec un ventilateur de 5 V peut dissiper 10 watts, tandis qu'un dissipateur passif nécessite au moins 50 cm² de surface pour la même puissance. Les dissipateurs thermiques refroidis par ventilateur sont également préférés lorsque la température ambiante est élevée ou lorsque le dispositif subit des charges transitoires fréquentes nécessitant un refroidissement rapide. Cependant, les ventilateurs introduisent des problèmes de fiabilité avec un temps moyen entre pannes de 40 000 heures, donc pour les applications nécessitant une durée de vie de 10 ans sans maintenance, un dissipateur passif est obligatoire.

Quel est le délai de livraison pour les dissipateurs thermiques extrudés personnalisés en petites quantités ?

Le délai de livraison pour les dissipateurs thermiques extrudés personnalisés en petites quantités de 100 à 1 000 pièces est de 3 à 4 semaines, y compris une semaine pour la fabrication de la filière et deux à trois semaines pour l'extrusion, la découpe et la finition. Si vous avez besoin d'une longueur personnalisée d'un profil d'extrusion standard, le délai est de 1 à 2 semaines sans coût d'outillage et avec une quantité minimale de commande de 50 pièces. Pour les besoins urgents, nous proposons un service express de 5 jours pour les dissipateurs thermiques usinés personnalisés en quantités allant jusqu'à 50 pièces.

Pour vos besoins spécifiques en dissipateurs thermiques, nous fournissons un service de devis en 12 heures avec simulation thermique gratuite et recommandations de conception. Contactez-nous à Email : sc@bquq.com, WhatsApp : +86 13713157787, ou visitez www.bquq.com pour discuter de vos besoins de refroidissement pour TO-220, TO-247 ou boîtiers personnalisés.

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