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      風扇百科
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      風冷散熱技術

      散熱風扇知識匯總

      來源:??????2022/5/5 9:50:39??????點擊:
      深圳市健策電子有限公司(散熱風扇知識匯總)
      風扇的分類:

      散熱風扇通常分為以下三類:

      1軸流式:氣流出口方向與軸心方向相同。

      2離心式:利用離心力作用將氣流沿著葉片向外甩出。

      3混流式:擁有以上兩種氣流方式。

      散熱風扇的原理

      原理:風扇的工作原理是按能量轉化來實現的,即:電能→電磁能→機械能→動能。其電路原理一般分為多種形式,采用的電路不同,風扇的性能就會有差異。

      軸流式風扇的組成:

      扇框、扇葉、軸承、PCB控制電路、驅動電機

      轉速:轉速指風扇旋轉的速度,通常以1分鐘內轉動的圈數來衡量,即:rpm。轉速與機電繞線匝數、線徑、扇葉葉輪外徑與底徑,葉片形狀及所用軸承等因素有關,轉速增大,風量相應增大。

      轉速值的大小,在一定程度上代表了風量的大小,在條件一定時,轉速越大,則噪音及振動會相應加大,因此,在風量滿足散熱要求的情況下,應盡量使用低轉速風扇。一般轉速大?。ㄒ訢C軸流風扇為例):2510風扇7000~12000rpm;3010風扇5000~9000rpm;4010風扇5000~7000rpm;5010風扇3500~5000rpm;6025風扇2600~4500rpm;7025風扇2400~3600rpm;8025風扇2000~3500rpm;9225風扇1600~3100rpm;12025風扇1500~2500rpm;12038風扇2000~3200rpm。風扇轉速可在啟動電腦時通過BIOS測試,或通過其他主板自帶的監控軟件測試;也可以通過轉速測試儀測試。注意:前兩種方式必須是支持測速功能的風扇才能測出。

      風扇的軸承系統:

      風扇的軸承系統一般建議最好選用滾珠軸承,因為扇熱風扇的壽命通常取決于其軸承的可靠性,滾珠軸承系統已被證實具有高效率與低生熱的特點。滾珠軸承屬滾動摩擦,由金屬珠滾動,接觸面小,摩擦系數??;而含油軸承為滑動摩擦,接觸面大,長期使用后,油會揮發,軸承容易磨損,摩擦系數大,后期噪音較大,壽命短。品質好的風扇除了通風量大、風壓高以外,可靠性也是非常重要的,風扇使用的軸承形式在此顯得非常重要。高速風扇一律使用滾珠軸承(Ball bearing)而低速風扇則使用成本低廉的含油軸承(Sleeve bearing)。含油軸承風扇只用一個軸承;而滾珠軸承風扇都需要兩個軸承,單滾珠軸承,是“1 Ball + 1 Sleeve”,依然帶有含油軸承的成分。比單滾珠更高級的是雙滾珠軸承,即Two Balls。含油軸承壽命一般為10000小時,單滾珠軸承為30000小時,雙滾珠軸承為50000小時以上(環境溫度均設定在25℃以下時)。風扇使用的含油軸承由銅基粉末燒結而成,使用含油軸承需加潤滑油以減少滑動摩數,潤滑油由鋰基潤滑脂加特制機油調制而成。隨著長時間的運轉,軸承內的機油會揮發而變干,摩擦系數增大,風扇運轉受影響,可能出現異音,轉速偏慢甚至不轉現象。而滾珠軸承由滾動摩擦取代了滑動摩擦,摩擦系數小并克服了摩擦系數容易變的缺點,因而運轉穩定性強,壽命相對要長得多。


      直流風扇規格和特性

      當您在選擇風扇的時候, 以下的相關知識將給您提供有利的參考, 真正讓您選擇到符合自已使用風扇產品.

      一、風扇規格的選擇:

      1,扇框外型尺寸的選擇:

      1-1﹞【長25×寬25×厚10mm】:行業簡稱2510

      1-2﹞【長40×寬40×厚20mm】:行業簡稱4020

      1-3﹞【長60×寬60×厚15mm】:行業簡稱6015

      1-4﹞【長80×寬80×厚25mm】:行業簡稱8025

      1-5﹞【長120×寬120×厚25mm】:行業簡稱12025

      1-6﹞12032【長120×寬120×厚32mm】:行業簡稱12032 等

      1-7) 以上風扇外型尺寸都有不同的螺絲孔距和螺絲孔徑之分如上圖所示說明: 風扇外型尺寸為此60×60×15mm(簡稱謂6015 風扇),螺絲徑為Ф4.4mm,孔距為50.0mm。

      2,扇框和扇葉塑膠材料及顏色選擇:2-1)扇框+扇葉: 為PBT 原料白色(塑膠熱變形溫度230℃)

      2-2)扇框+扇葉: 為PBT 原料黑色(塑膠熱變形溫度230℃)

      2-3)扇框+扇葉: 為PC 原料透明(塑膠熱變形溫度120℃)

      2 -4)扇框+扇葉: 為PC 原料加不同色粉形成外觀顏色等(塑膠熱變形溫度120℃)

      3,風扇機械軸承系統的選擇:

      3-1﹞雙滾珠防塵結構【2 個滾珠軸承(Bearing)+S420 鐵軸心+防塵結構設計】

      防塵結構設計

      ◆優點:

      a) 風扇運轉轉速較穩定,風扇安裝不同的位置方面不會改變風扇的轉速

      b) 相對使用壽命較長

      C) 生產加工裝配容易

      ◆缺點

      a) 成本較高

      3-2﹞單滾珠防塵結構【一個滾珠軸承(Bearing)+含油軸承(Sleeve)+S420 鐵軸心+防塵結構設計】

      ◆優點:

      a) 風扇運轉轉速較穩定,風扇安裝不同的位置方面不會改變風扇的轉速b) 相對使用壽命適中

      ◆缺點

      a) 成本高

      b) 加工難度要求高,制程及使用過程中易產生異音

      3-3﹞防塵液壓頂心定磁風扇【回油槽含油軸承(Sleeve)+S420 鐵軸心+防塵結構設計】

      含油軸承頂心設計

      回油系統設計防塵結構設計固態磁體

      ◆優點:

      a) 成本偏高

      b) 相對使用壽命適中

      C) 內外防塵設計,定磁頂心運轉及內部回油循環系統設計,延長風扇使用壽命

      ◆缺點

      a) 加工難度精度要求相當高

      3-4﹞防塵液壓磁懸浮風扇【回油槽含油軸承(Sleeve)+S420 鐵軸心+防塵結構設計】

      防塵結構設計

      含油軸承

      S420軸心

      密封結構回油槽沒計

      ◆優點:

      a) 成本適中

      b) 相對使用壽命適中

      C) 內外防塵設計,內部回油循環系統設計,延長風扇使用壽命

      ◆缺點

      a) 加工難度精度要求相當高

      4,風扇線材的選擇:

      4-1)線材規格型號

      常規分線:

      ●UL1007 24AGW 線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗28.3Ω

      /KFT,20℃

      ●UL1007 26AGW 線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗45.2Ω

      /KFT,20℃

      ●UL1095 28AGW 線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗6.64Ω

      /KFT,20℃

      ●UL1571 28AGW 線材等級:80℃,30V, 最大導體阻抗6.64Ω

      /KFT,20℃

      常規并線

      ●UL2468 24AGW 并線線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗28.3Ω/KFT,20℃●UL2468 24AGW 并線線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗45.2Ω/KFT,20℃

      ●UL1095 28AGW 并線線材等級:80℃,300V, 最大導體阻抗6.64Ω/KFT,20℃

      4-2)常用端子規格型號

      JST 2.5(2P) JST 2.5(3P) 2510(2P) 2510(3P) JST 2.0(2P) JST 2.0(3P)

      Molex1.25(2P) Molex1.25(3P) Molex5264(3P) 杜邦2.54(3P) SMH250(2P) AMP MAT-100

      4-3)導線長度表示方式

      導線長度焊錫長度有端風扇的導線長度算法及標示無端風扇的導線長度算法及標示5,依送風方式,軸流扇和離心扇

      5-1﹞軸流扇:最廣泛的形式就是用軸流風扇(也就是最普遍的那種風扇)向下鼓風,之所以這么流行是因為綜合效果好且成本低廉。如果把軸流風扇的方向反過來,就變成向上抽風,在某些特別型號的散熱器中會采用這種形式。兩種送風形式的差別在于氣流形式的不同,鼓風時產生的是紊流,風壓大但容易受到阻力損失;抽風時產生的是層流,風壓小但氣流穩定。理論上說,紊流的散熱效率比層流大得多,因此才成為主流設計形式。軸流風機雖然應用廣泛,但是也存在固有的缺陷。軸流風機受電機位置的阻擋,氣流不能流暢通過鼓風區域的中部,這稱為“死區”。

      ●正轉【逆時針方向,出風方向為風扇正背面方向】

      ●反轉【順時針方向,出風方向為風扇出口方向】

      5-2﹞離心扇【Blower】:離心風扇是與軸流風機完全不同鼓風形式,也逐漸開始使用在CPU 散熱當中,通常被電腦用戶稱為“渦輪風扇”。這種風扇的優越之處在于很好地解決了“死區”問題。離心風扇與傳統風扇的不同之處是其葉片旋轉是在垂直的平面內進行的,進風口位于風扇的側面。散熱器底面接收到的氣流分布較均勻。離心風扇的鼓風方向上沒有障礙物,所以在各個位置都有同樣的氣流。同時它的風壓和風量的調節范圍也更大,轉速控制的效果更好。負面的影響噪音大。

      ●正轉【逆時針方向,出風口出風】

      ●反轉【順時針方向,出風口進風】

      二、風扇電氣特性基本項目:

      1﹞依風扇使用額定電壓和電壓使用范圍選擇

      1-1﹞DC5V 【使用電壓范圍:4.5V~5.5V】

      1-2﹞DC12V 【使用電壓范圍:10.2V~13.8V】

      1-3﹞DC24V 【使用電壓范圍:20.4V~27.6V】

      1-4﹞DC48V 【使用電壓范圍:43V~52V】

      1-5) 一些特殊額定電壓和電壓使用范圍要求之規格等

      2 )風扇起動電壓要求起動電壓的定義: 能使風扇在最低電壓下正常運轉時的電壓。起動電壓越小就意味著風扇的靜磨擦系數小,風扇運轉及轉速越順暢和穩定,選擇好風扇是需對此項有特別要求。

      3﹞風扇運轉額定電流要求

      在額定電壓下風扇穩定工作運轉時的電流【電流表示符號:I ,單位:A(安培),1A =1000mA】。在能確保散熱效能情況下,電流越小越好,也就消耗能源越少,同時也利風扇的使用壽命。

      4﹞風扇運轉額定轉速要求【轉速單位:RPM】

      4-1﹞超高轉速(表示該風扇在安全使用的條件下的正常最高轉速)4-2﹞高轉速

      4-3﹞中轉速

      4-4﹞低轉速

      4-5﹞超低轉速(表示該風扇在額定電壓下能持續正常運轉的最低轉速)

      5﹞風扇自動恢復起動功能要求

      該功能為將風扇轉子鎖定,風扇電流瞬間由大變小(近視為零A)進行鎖定,放開轉子,轉子處于停止狀態,過幾秒鐘(停止狀態時間的長短由IC 本身常規設計或特別需求作設計調整)后由IC內部自動釋放導能電壓將風扇重新恢復工作,風扇轉子開始由停止狀態開始正常運轉。

      ◆該功能主要為防止安裝使用過程中風扇轉子受外界因素的原因導致轉子被卡死或風扇出現死角,常時間受大電流的影響而引起風扇燒毀。

      6﹞風扇噪音要求【單位為分貝dB(A)】

      風扇噪音是使用者最為關注的項目,在滿足散熱的前題條件下,一般噪音要求越小越好。風扇噪音與摩擦力、空氣流動有關。風扇轉速越高、風量越大,造成的噪音也會越大,另外風扇自身的震動也是不可忽視的因素。當然高品質的風扇的自身震動會很小,但前面兩個者卻是難以克服的。要解決這個問題,我們可以嘗試使用尺寸較大的風扇。應在在風量相同的情況下,大風扇在較低轉速時的工作噪聲要小于小風扇在高轉速時的工作噪聲。另外一個我們容易忽略的因素是風扇的軸承。

      由于風扇高速轉動時轉軸和軸承之間要摩擦碰撞,所以也是風扇噪聲的一個主要來源。噪音的測試標準以Microphone 至Fan 1M 距離測試所得(如下圖所示),特殊要求的將會縮短之間的距離。

      7﹞風扇風量&風壓要求

      風扇的風量&風壓是決定散熱效能的主要因素,常風扇外型規格定下來后,風扇的特性重點要求就是風量&風壓,決不是風扇轉速,通常人們都會誤解了這重點,開始使用A 廠家的風扇轉速為作2400RPM,只要B 廠家的風扇也為2400RPM 就可以了,這樣做完全是錯誤的。如A 廠家4028 風扇轉速為8000RPM,風量為30CFM,風壓為15mmHO2 ,額定電流為0.16A,噪音為30dB;那B 廠家的4028 風扇轉速為7500RPM風量為32CFM,風壓為15.6mmHO2 ,額定電流為0.14A,噪音為30dB;從數值來看,B 廠家的參數會優于A 廠家的,且B 廠家的7500RPM 的風扇完全可以與A 廠家的8000RPM 風扇代用(其它品質一致前題下),所以我們選擇風扇不是看規格轉速,而是看風量&風壓。

      7.1 風量:風量就是每分鐘風和送出或吸入空氣的體積[單位

      M3/min(ft3/min),每分鐘多少立方米(立方英尺)]。(CFM 或CMM) 7.2風壓:風壓就是風扇克服阻力進行送風時所需要產生的壓力,分為靜壓和動壓。靜壓是指平行于氣流方向測量到的壓力,動壓是氣體流動所需動能轉化為壓力的過程[ 單位:mm/H2O(inch/H2O),風壓水柱多少毫米(英寸)]。風量&風壓測試設備(風洞) 風扇的特性(P&Q)曲線

      三、風扇特性控制方式選擇:

      1﹞二條線一般控制輸出【電壓大小可控制風扇轉速快慢】

      1.2線風扇分為有端和無端(裸線)兩種接線方式,端子型號規格、線材正負極性方向及線規由使用者指定。一般引線采用兩種顏色線材,紅色和黑色;紅色線接電源的正極電壓,黑色線接電源的負極電壓。2﹞FG 信號控制輸出【電壓大小可控制風扇轉速,第三條FG 信號線可提供方波頻率信號給設備來偵測其風扇轉速實值】

      2.1線FG 信號輸出風扇分為有端和無端(裸線)兩種接線方式,端子型號規格、線材、正負極性方向及線規由使用者指定。一般引線采用三種顏色線材,紅色、黑色和白色(黃色等),紅色線接電源的正極電壓,黑色線接電源的色極電壓,另外第三條引線FG 信號線,FG 信號線顏色常規為白、黃兩種;(接線電路圖如下)。

      Ic

      R≥V(FG)/Ic Ic =10mA(Max.)

      ◆FG 信號輸出波形圖:

      3﹞三條線(RD 信號控制)輸出【正(+)/負(-)極電源,電壓大小可控制風扇轉速,第三條線可提供一個電頻信號給設備偵測(報警/指示方式等)該風扇是否正常工作運轉】

      3.1線RD 信號輸出風扇分為有端和無端(裸線)兩種接線方式,端子型號規格、線材正負極性方向及線規由使用者指定。一般引線采用三種顏色線材,紅色、黑色和白色(藍色等),紅色線接電源的正極電壓,黑色線接電源的色極電壓,另外第三條線接RD 信號端,RD 信號線顏色常規為白、藍兩種;(接線電路圖如下)。

      Ic

      R≥V(RD)/Ic Ic =10mA(Max.)

      RD 信號輸出波形圖:

      Running4﹞四條線(PWM 信號控制)輸出【正(+)/負(-)極電源,第三條FG 信號線偵測其風扇轉速,第四條PWM(脈衝寬度調節)提供設備調制其風扇轉速】

      ●PWM 信號輸出波形圖:

      5﹞溫度控制輸出【正(+)/負(-)極電源,電壓大小控制其風扇轉速,風扇電源/控制部分裝置熱敏電阻,熱敏電阻隨溫度的變化改變其阻值,從而控制其風扇轉速快慢,一般設計為環境溫度高時風扇轉速快,環境溫度低時風扇轉速慢。

      ●溫控風扇分為真溫控和假溫控兩種,兩者間的差異:

      A.真溫控電路設計及轉速變化曲線如下圖所示,其優缺點:

      優點:其一電路設計為由熱敏電阻阻值變化調致IC 控制內部頻寬來控制風扇的轉速快慢,轉速變化時相對穩定。其二為熱敏電阻本體不發熱,確保特性本質及使用周期。其三可應用大電流機種。


      缺點:其一電路設計復雜成本高。其二不適用小型機種(內部PCB 設置不下)


      B.假溫控電路設計及轉速變化曲線如下圖所示,其優缺點:

      優點:其一電路設計簡單成本低。其二可應用小型機種。

      缺點:其一電路設計為在電源正極端串聯一熱敏電阻,由熱敏電阻值變化來限流(降壓)控制風扇的轉速快慢,相對轉速變化同樣不穩定。其二因熱敏電阻串聯負截整個電路,其本

      體易發熱,阻值變化很不穩定。其三不適用高電流機型。

      四、風扇綜合要求:

      1﹞風扇的使用壽命

      同一規格的風扇產品由每一生產廠家生產出來其品質及使用壽命都有不同,主要來自每一家的結構設計、電氣性能設計、材料選用及制程管制等的差異有別;其次就是使用者的安裝位置選擇和使用環境等的優劣條件程度綜合來決定,要想達到理想的品質和使用壽命要求,使用者在選用風扇時而不是靠生產廠家提供一組數據出來就可以保證其品質和壽命那么簡單,使用者要將自己的要求及對該風扇產品的安裝方式,使用環境等知會生產廠家,生產廠家對其作綜合評定才對該規格風扇結構的選用、電氣性能設計及材料選用等來達成這一條件要求,否則一切將不可能實現。

      2﹞風扇的噪音

      在達成散熱效能及使用壽命的狀況下, 對噪音的要求是使用者的重點,前面已經提到過,這里所講的除風扇本身原有的噪音以外,就是使用者所造成的噪音,如風扇安裝不牢固產生松振噪音,風道設計不好產生風噪音,空間設計不好產生共鳴聲等等,這是使用者必須要克服的,只有好的風扇(低噪音/平衡好)配有好的設計組合才能達成降低噪音的目的。

      3﹞風扇的散熱效能

      風扇的風量&風壓是決定散熱效能的主要因素,常風扇外型規格定下來后,風扇的特性重點要求就是風量&風壓,決不是風扇轉速,通常人們都會誤解了這重點,開始使用A 廠家的風扇轉速為2400RPM,只要B 廠家的風扇也為2400RPM 就可以了,這樣做完全是錯誤的。如A 廠家4028 風扇轉速為8000RPM,風量為30CFM,風壓為15mmHO2 ,額定電流為0.16A,噪音為30dB;那B 廠家的4028 風扇轉速為7500RPM風量為32CFM,風壓為15.6mmHO2 ,額定電流為0.14A,噪音為30dB;從數值來看,B 廠家的參數會優于

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