Расчет размеров алюминиевых радиаторов для отвода тепла

[Ka4aN]

А мне думается, коллеги, что если нижняя часть радиатора будет горячей чем верхняя, то при прочих равных, увеличится конвективная тяга, поскольку с увеличением градиента температуры воздуха внизу столба, средняя плотность будет меньше.
Но как это повлияет на конечную температуру кристалла транзистора трудно сказать. Скорее всего только отрицательно, при любых параметрах теплопроводности подошвы радиатора.

[Serge_L]

Э... перегрев на сколько градусов?
в алюминиевой болванке...

[Openreel]

так что чем равномернее распределение тем эффективнее работает вся площадь радиатора.

Если транзистор в центре, то самое эффективное распределение тепла по болванке.
Но нас еще интересует не только это, а отвод тепла с болванки.
И если перемещением транзистора из центра можно получить лучший отвод тепла с болванки, то это может быть решающим преимуществом.

---------- Сообщение добавлено 23:53 ---------- Предыдущее сообщение было 23:51 ----------

в алюминиевой болванке

Неужели никогда не смотрел градиенты в радиаторах? 10 градусов может набежать запросто, на большой площади.
Особенно учитывая происхождение радиаторов и неведомый материал.

[Radiovintage]

И если перемещением транзистора из центра можно получить лучший отвод тепла с болванки, то это может быть решающим преимуществом.

Да, некоторая логика в этом есть. Но и практика и расчёты показывают что лучшее расположение когда нагрев равномерный по всей площади профиля. Для радиаторов с изменяемым профилем ситуация может быть иная. Но в реальной жизни радиаторы с изменяемым профилем не встречаются. Технологически слишком сложно, очевидно что выигрыш от таких фокусов ничтожный и не стоит затрат.

---------- Сообщение добавлено 00:45 ---------- Предыдущее сообщение было 00:41 ----------

Неужели никогда не смотрел градиенты в радиаторах? 10 градусов может набежать запросто, на большой площади.
Особенно учитывая происхождение радиаторов и неведомый материал.

Проверял на практике с алюминиевой пластиной 400х100х4 с транзистором в центре. При нагреве у центра 100С по краям получается около 50С

[Валет]

Проверял на практике с алюминиевой пластиной 400х100х4 с транзистором в центре. При нагреве у центра 100С по краям получается около 50С

Очень полезный эксперимент. Но требует уточнения.
1. Это установившийся режим?
2. Условия конвекции. Они различны, например, когда пластина лежит горизонтально на столе или вертикально в свободном пространстве.
3. Пластина из чистого алюминия или из сплава? Теплопроводность алюминиевых сплавов различна, но всегда меньше, чем у чистого алюминия.
Фото эксперимента не помешало бы.

[Radiovintage]

Очень полезный эксперимент. Но требует уточнения.

В самых наилучших условиях для конвекции.
Материал АД31. По документам теплопроводность на 20% меньше чем для чистого алюминия. Эктрузионные радиаторные профили делаются именно из такого.

[Валет]

Понятно, спасибо!

[Olegyurich]

20 кв.см. на Вт мало при рассеивании >10 Вт, я пользуюсь 100 кв.см на Вт при нагреве радиатора на 20 градусов, если можно греть сильнее, то можно и меньшую площадь. Но 20 кв.см. на Вт это уже оверкилл. Естественно это все для человеческого радиатора не более 15 см в высоту и 5 см в ширину ( если радиатор высокий и широкий, там все значительно хуже). Но лучше всего конечно оперировать тепловым сопротивлением, на сайте Лигры есть много замеров, можно ориентироваться по ним.

[Radiovintage]

Но лучше всего конечно оперировать тепловым сопротивлением, на сайте Лигры есть много замеров, можно ориентироваться по ним.

Именно. Для всех распространённых профилей расчёты есть. Всегда можно найти похожий на свой.

20 кв.см. на Вт мало при рассеивании >10 Вт, я пользуюсь 100 кв.см на Вт при нагреве радиатора на 20 градусов, если можно греть сильнее, то можно и меньшую площадь. Но 20 кв.см. на Вт это уже оверкилл.

Порядок цифр очень приблизительный: Для перегрева 20К - 50см.кв , для 50К - 15см.кв.

[AudioKiller]

Если вы с чем-то не согласны в приведенной вами цитате, скажите это понятно, а не загадками.

Говорю понятно. Корпус транзистора/диода типа ТО-220. Реально рассеивает 1 Вт мощности. По некоторым даташитам даже 2 Вт. Без перегрева. Но у меня никогда 2 Вт не случалось, 1 Вт - да, но я до такого не доводил. Тем не менее, при мощности 1 Вт транзистор живой. Будем считать, что его перегрев составляет порядка 100 градусов. Площадь поверхности корпуса - 4 см2. Итак, дано: 1 Вт, 4 см2, 100 градусов. Или: 1 Вт, 1 см2, 400 градусов. Или: 1 мВт, 1 см2, 4 градуса. А не 1 градус, как у вас.

То, что я написал - это никакая не загадка, это пример, показывающий неправильность приведённых вами цифр. Так поступают очень часто, чтобы не устраивать бессмысленные споры - приводят опровергающий пример. Если это вам было непонятно, я не виноват.

---------- Сообщение добавлено 16:54 ---------- Предыдущее сообщение было 16:50 ----------

Если транзистор в центре, то самое эффективное распределение тепла по болванке.
Но нас еще интересует не только это, а отвод тепла с болванки.
И если перемещением транзистора из центра можно получить лучший отвод тепла с болванки, то это может быть решающим преимуществом.

Всё верно. Всё именно так. Но задолбаешься в каждом конкретном случае это высчитывать. Тем более в реальной жизни есть 100500 разных дополнительных факторов, которые невозможно учесть. Например, в 2 метрах от усилителя и на 0,5 метра выше него открытое окно. Оттуда слегка сквозит на радиатор, поэтому верхняя часть радиатора, на которую попадает больше сквозняка, остывает сильнее. Но не по воскресеньям, когда под окном играет маленький внук, и окно закрывают.

Так что в реальности просто берёшь запас, величина которого определяется главным образом уровнем твоего оптимизма.

[alex3]

100 градусов это перебор, хотя бы потому что можно обжечься. Лучше выбирать радиаторы так чтобы рука терпела, по крайней мере наружные радиаторы усилителя, с которыми возможен непосредственный контакт.

[AudioKiller]

100 градусов это перебор

Естественно. Это примерно максимум, что допускает большинство полупроводниковых приборов. Поэтому в такой ситуации либо на транзистор ставится радиатор (или на радиатор ставится сам транзистор), либо снижают рассеиваемую мощность.

[Валет]

Говорю понятно.
<...>
То, что я написал - это никакая не загадка, это пример, показывающий неправильность приведённых вами цифр. Так поступают очень часто, чтобы не устраивать бессмысленные споры - приводят опровергающий пример. Если это вам было непонятно, я не виноват.

Беспредметный пост. Если вы считаете, что соотношение неправильное, значит вы знаете правильное. Назовите его. Чтобы не устраивать бессмысленные споры. И загадки не будет.
Вы до сих пор не исправили ошибку в вашем посте:

Тепловое сопротивление радиатор-среда примерно такое: Rт.радиатор-среда = Площадь поверхности радиатора [см2]/1400 градус/Вт. <...> применение этой формулы может дать сильно завышенные требования к размерам радиатора.

Вы же не считаете, что чем больше площадь поверхности радиатора, тем больше его тепловое сопротивление радиатор-среда. Исправьте пост и загадка действительно отгадается. Можно будет сравнить ваши эмпирические цифры, с моими тоже эмпирическими:

Легко запомнить: мощность 1 мВт на площади 1 кв.см дает нагрев на 1 гр. Но для условий более-менее свободной конвекции (напр. на радиаторе снаружи корпуса на задней стенке уся при расстоянии между ребрами 10 мм) нагрев на самом деле меньше.

Если вы не поняли, то нагрев приводится на каждый мВт и на каждый кв.см. Например, 10 мВт дадут на 1 кв.см нагрев на 10 гр., а 1 мВт на 10 кв.см - на 0,1 гр.

---------- Сообщение добавлено 24.09.2022 в 00:00 ---------- Предыдущее сообщение было 23.09.2022 в 20:43 ----------

100 градусов это перебор.

Естественно.

Если пренебречь ничтожным изменением теплопроводности материала радиатора при температурах до 100 гр., то с помощью 4-х действий арифметики результат эксперимента за одну минуту пересчитывается под любую температуру в центре пластины.

[AudioKiller]

Беспредметный пост. Если вы считаете, что соотношение неправильное, значит вы знаете правильное. Назовите его. Чтобы не устраивать бессмысленные споры. И загадки не будет

Последний раз. Вы назвали число 1 градус на мВт на см2. Измерения показывают, что примерно 4 градуса на мВт на см2. Я ничего не считаю что знаю. Я называю правильное (плюс-минус) значение.

Исправьте пост и загадка действительно отгадается.

Действительно, описка. Перепутал числитель и знаменатель и не заметил. Можно было по человечески сказать?

сравнить ваши эмпирические цифры,

Это не эмпирические. Это из учебника. Я никогда не говорю того, что не знаю (когда не знаю - употребляю ИМХО).

нагрев приводится на каждый мВт и на каждый кв.см. Например, 10 мВт дадут на 1 кв.см нагрев на 10 гр., а 1 мВт на 10 кв.см - на 0,1 гр.

Спасибо. А теперь я повторю то, что писал выше - это экспериментальные данные: 4 см2, 1 Вт, 100 градусов. Сравните со своими эмпирическими цифрами.

[Валет]

Вы назвали число 1 градус на мВт на см2. Измерения показывают, что примерно 4 градуса на мВт на см2. Я ничего не считаю что знаю.

Из вашей формулы (с учетом исправлений) следует, что 1 Вт на приводит к нагреву радиатора
площадью 1 кв.см на 1400 гр., т.е. 1 кв.см, 1 мВт, на 1,4 гр. Велика ли для эмпирической формулы разница с моим соотношением, тем более, что применение вашей формулы может дать сильно завышенные требования к размерам радиатора?

Теперь вы сами можете ответить на ваш вопрос

Корпус ТО-220 без радиатора. Чему равна его площадь, если он выдерживает 1 Вт при перегреве порядка 60 градусов? 16 см2?

проверить его соответствие вашей формуле (с учетом исправлений) и объяснить результат.

экспериментальные данные: 4 см2, 1 Вт, 100 градусов.

Т.е. на 1 кв.см было бы 1 Вт, 400 гр. или 1 см2, 1 мВт, 0,4 градуса. Сравните с результатом по вашей исправленной формуле и с моим соотношением.

Это не эмпирические. Это из учебника. Я никогда не говорю того, что не знаю (когда не знаю - употребляю ИМХО).

В учебниках эмпирических не бывает?

[Openreel]

Или: 1 Вт, 1 см2, 400 градусов. Или: 1 мВт, 1 см2, 4 градуса. А не 1 градус, как у вас.

400*1е-3(милли) будет не 4, а 0.4

Отличие от легко запоминаемого "правила пальца" Валета чуть больше двукратного, чего более чем достаточно для прикидочных расчетов оценок.

Всё верно. Всё именно так. Но задолбаешься в каждом конкретном случае это высчитывать.

Есть один нюанс, в реальной жизни ты не всегда можешь поставить транзистор по центру. И тогда появляется логичный выбор - ставить их выше линии центра или ниже линии центра.
Или даже так, будет ли охлаждение одинаковым при перевороте усилителя(со смещенными транзисторами) вверх ногами?

Например, в 2 метрах от усилителя и на 0,5 метра выше него открытое окно.

Дополнительный воздушный поток даст лучшее охлаждение.

[оператор]

Есть вопрос.
Как будет работать радиатор, установленный не вертикально, а под углом?

[Валет]

400*1е-3(милли) будет не 4, а 0.4
Отличие от легко запоминаемого "правила пальца" Валета чуть больше двукратного, чего более чем достаточно для прикидочных расчетов оценок.

Есть и другие эмпирические соотношения

Измерения показывают, что примерно 4 градуса на мВт на см2. Я ничего не считаю что знаю. Я называю правильное (плюс-минус) значение.
<...>
Я никогда не говорю того, что не знаю (когда не знаю - употребляю ИМХО).

Из вашей формулы (с учетом исправлений) следует, что 1 Вт на приводит к нагреву радиатора
площадью 1 кв.см на 1400 гр., т.е. 1 кв.см, 1 мВт, на 1,4 гр.

Такой большой разброс, даже из одного источника, свидетельствует о сложности расчетов тепловых режимов в УМЗЧ, тем более для непрофессионалов. Очень большую роль играет здесь опыт и интуиция. Поэтому нужно просто стремиться к максимальному улучшению условий для конвекции и к максимальной площади радиатора, опираясь на эмпирическое соотношение. Запас по температуре обеспечит большую надежность УМЗЧ, особенно его электролитических конденсаторов. Также будет меньше ограничений при его эксплуатации.

[Arena]

Говорю понятно. Корпус транзистора/диода типа ТО-220. Реально рассеивает 1 Вт мощности. По некоторым даташитам даже 2 Вт. Без перегрева. Но у меня никогда 2 Вт не случалось, 1 Вт - да, но я до такого не доводил. Тем не менее, при мощности 1 Вт транзистор живой. Будем считать, что его перегрев составляет порядка 100 градусов. Площадь поверхности корпуса - 4 см2. Итак, дано: 1 Вт, 4 см2, 100 градусов. Или: 1 Вт, 1 см2, 400 градусов. Или: 1 мВт, 1 см2, 4 градуса. А не 1 градус, как у вас.

а вот мой практический пример - микросхема TOP223Y
https://www.compel.ru/item-pdf/beaf7...i~top223yn.pdf
корпус ТО220 без радиатора при выходной мощности блока питания 20Вт при температуре корпуса 90 градусов срабатывает термозащита( это значит, согласно даташита, что температура кристалла достигла 125 градусов). Причем это половина от допустимой даташитом мощности источника питания для конкретно этой микросхемы в таком корпусе.
Но стоило прикрутить к корпусу алюминиевую пластину 30*40*2мм( больше в корпус не влазит), причем микросхема закреплена на самом краю, и температура микросхемы на номинальной мощности блока питания не поднимается выше 40-45 при 20 градусах среды. Охлаждение естественное внутри корпуса.
при сопротивлении встроенного полевого транзистора в 10 Ом ( в среднем) при мощности 20Вт блока питания через микросхему течет средний ток в 90 мА, даже если взять 100мА то выделяемая на ней мощность получается в 0,1Вт, при этом корпус ТО220 без радиатора нагревался до температуры срабатывания термозащиты. Если округлить до температуры корпуса 100 градусов то получается 1 мВт на 1 см кв на 1 градус. потому, что площадь металлической части не равна 4 кв см у ТО 220, а 1 кв см. а пластик вообще не считаем, там тепловое сопротивление очень большое.

[passat]

выделяемая на ней мощность получается в 0,1Вт, при этом корпус ТО220 без радиатора нагревался до температуры срабатывания термозащиты.

Бред какой то, что бы при 100 милливатт корпус ТО-220 нагревался бы до 90 градусов...100 милливаттов даже КТ315 переваривает.
Там либо другие узлы микросхемы жрут не по детски, либо возбуд.