2023年11月24日发(作者:)

散热风扇知识(很全)

风扇的分类:散热风扇通常分为以下三类: 1 轴流式:⽓流出⼝⽅向与轴⼼⽅向相同。

2 离⼼式:利⽤离⼼⼒作⽤将⽓流沿着叶⽚向外甩出。

3 混流式:拥有以上两种⽓流⽅式。

风扇的分类:

散热风扇通常分为以下三类:

1 轴流式:⽓流出⼝⽅向与轴⼼⽅向相同。

2 离⼼式:利⽤离⼼⼒作⽤将⽓流沿着叶⽚向外甩出。

3 混流式:拥有以上两种⽓流⽅式。

散热风扇的原理

原理:风扇的⼯作原理是按能量转化来实现的,即:电能电磁能机械能动能。其电路原理⼀般分为多种形式,采⽤的电

路不同,风扇的性能就会有差异。

轴流式风扇的组成:

扇框、扇叶、轴承、 PCB控制电路、驱动电机

贝富美直流散热风扇 5020 系列散热风扇

转速:

转速指风扇旋转的速度,通常以 1 分钟内转动的圈数来衡量,即: rpm。转速与机电绕线匝数、线径、扇叶叶轮外径与底径,

叶⽚形状及所⽤轴承等因素有关,转速增⼤,风量相应增⼤。

转速值的⼤⼩,在⼀定程度上代表了风量的⼤⼩,在条件⼀定时,转速越⼤,则噪⾳及振动会相应加⼤,因此,在风量满⾜散

热要求的情况下,应尽量使⽤低转速风扇。⼀般转速⼤⼩(以 DC轴流风扇为例): 2510 风扇 700012000rpm 3010

50009000rpm 4010 风扇 5000

7000rpm5010 风扇 35005000rpm6025 风扇 2600 4500rpm 7025 风扇24003600rpm8025风扇 2000

3500rpm9225风扇 16003100rpm12025风扇 1500 2500rpm 12038 风扇2000 3200rpm

风扇转速可在启动电脑时通过 BIOS测试,或通过其他主板⾃带的监控软件测试;也可以通过转速测试仪测试。注意:前两种

⽅式必须是⽀持测速功能的风扇才能测出。风扇的轴承系统:风扇的轴承系统⼀般建议最好选⽤滚珠轴承,因为扇热风扇的寿

命通常取决于其轴承的可靠性,滚珠轴承系统已被证实具有⾼效率与低⽣热的特点。滚珠轴承属滚动摩擦,由⾦属珠滚动,接

触⾯⼩,摩擦系数⼩;⽽含油轴承为滑动摩擦,接触⾯⼤,长期使⽤后,油会挥发,轴承容易磨损,摩擦系数⼤,后期噪⾳较

⼤,寿命短。品质好的风扇除了通风量⼤、风压⾼以外,可靠性也是⾮常重要的,风扇使⽤的轴承形式在此显得⾮常重要。⾼

速风扇⼀律使⽤滚珠轴承( Ball bearing )⽽低速风

扇则使⽤成本低廉的含油轴承( Sleeve bearing )。含油轴承风扇只⽤⼀个轴承;⽽滚珠轴承风扇都需要两个轴承,单滚珠

轴承,是“1 Ball + 1 Sleeve ”,依然带有含油轴承的成分。⽐单滚珠更⾼级的是双滚珠轴承,即 Two Balls 。含油轴承寿命⼀

般为 10000 ⼩时,单滚珠轴承为 30000 ⼩时,双滚珠轴承为 50000 ⼩时以上(环境温度均设定在25以下时)。风扇使⽤

的含油轴承由铜基粉末烧结⽽成,使⽤含油轴承需加润滑油以减少滑动摩数 , 润滑油由锂基润滑脂加特制机油调制⽽成。随着

长时间的运转,轴承内的机油会挥发⽽变⼲,摩擦系数增⼤,风扇运转受影响,可能出现异⾳,转速偏慢甚⾄不转现象。⽽滚

珠轴承由滚动摩擦取代了滑动摩擦,摩擦系数⼩并克服了摩擦系数容易变的缺点,因⽽运转稳定性强,寿命相对要长得多。直

流风扇规格和特性当您在选择风扇的时候 , 以下的相关知识将给您提供有利的参考 , 真正让您选择到符合⾃已使⽤风扇产品 .

⼀、风扇规格的选择: 1,扇框外型尺⼨的选择:

1-1]【长25×25×10mm: ⾏业简

2510

1-2]【长40×40×20mm: ⾏业简

4020

1-3]【长60×60×15mm: ⾏业简

6015

1-4]【长80×80×25mm: ⾏业简

8025

1- 5 ]【长120×120× 25mm: ⾏业简称 12025

1- 6 ] 12032【长120×120× 32mm : ⾏业简称 12032

1- 7)以上风扇外型尺⼨都有不同的螺丝孔距和螺丝孔径之分

如上图所⽰说明 : 风扇外型尺⼨为此60×60×15mm简(称谓 6015 风扇), 螺丝径为Ф 4.4mm,孔距为 50.0mm

2,扇框和扇叶塑胶材料及颜⾊选择 :

2- 1)扇框+扇叶 : PBT 原料⽩⾊(塑胶热变形温度230

2- 2)扇框+扇叶 : PBT 原料⿊⾊(塑胶热变形温度230

2- 3)扇框+扇叶 : PC 原料透明(塑胶热变形温度120

2 -4)扇框 +扇叶 : PC 原料加不同⾊粉形成外观颜⾊等(塑胶热变形温度120 8025 直流散热风扇 BF8025 系列 bf&m

3,风扇机械轴承系统的选择

3- 1 ]双滚珠防尘结构【 2 个滚珠轴承( Bearing ) S420 铁轴⼼+防尘结构设计】防尘结构设计

优点 : a) 风扇运转转速较稳定 , 风扇安装不同的位置⽅⾯不会改变风扇的转速

b) 相对使⽤寿命较长

C) ⽣产加⼯装配容易

缺点

a) 成本较⾼

3- 2 ]单滚珠防尘结构【⼀个滚珠轴承( Bearing )+含油轴承( Sleeve ) S420铁轴⼼+防尘结构设计】 优点 :

a) 风扇运转转速较稳定 , 风扇安装不同的位置⽅⾯不会改变风扇的转速 b) 相对使⽤寿命适中

缺点

a) 成本⾼

b) 加⼯难度要求⾼ , 制程及使⽤过程中易产⽣异⾳

3- 3 ]防尘液压顶⼼定磁风扇【回油槽含油轴承(

Sleeve ) S420 铁轴⼼+防尘结构设计】含油轴承顶⼼设计

回油系统设计防尘结构设计固态磁体

优点 :

a) 成本偏⾼

b) 相对使⽤寿命适中

C) 内外防尘设计 , 定磁顶⼼运转及内部回油循环系统设计 , 延长风扇使⽤寿命

缺点

a) 加⼯难度精度要求相当⾼

3-4 ]防尘液压磁悬浮风扇【回油槽含油轴承(

Sleeve ) S420 铁轴⼼+防尘结构设计】

防尘结构设计

含油轴承

S420 轴⼼ 密封结构 回油槽没计

优点 :

a) 成本适中

b) 相对使⽤寿命适中

C) 内外防尘设计 , 内部回油循环系统设计 , 延长风扇使⽤寿命 缺点

a) 加⼯难度精度要求相当⾼ 4,风扇线材的选择:

4- 1) 线材规格型号 常规分线 :

常规并线 ? UL2468 24AGW 线线材等级 :80 ,300V, 最⼤导体阻抗 ? UL2468 24 AGW 线线材等级 :80 ,300V, 最⼤

导体阻抗 ? UL1095 28AGW 线线材等级 :80 ,300V, 最⼤导体阻抗

4- 2) 常⽤端⼦规格型号 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) 导线长度表⽰⽅式 导线长度 焊锡长度 有端风扇的导线长度算法及标⽰ ⽆端风扇的导线长度算法及标⽰

5 依送风⽅式,轴流扇和离⼼扇

5- 1 ]轴流扇:最⼴泛的形式就是⽤轴流风扇(也就是最普遍的那种风扇)向下⿎风,之所 以这么流⾏是因为综合效果好且成本

低廉。如果把轴流风扇的⽅向反过来,就变成向上抽 风,在某些特别型号的散热器中会采⽤这种形式。两种送风形式的差别

在于⽓流形式的不 同,⿎风时产⽣的是紊流,风压⼤但容易受到阻⼒损失;抽风时产⽣的是层流,风压⼩但 ⽓流 稳定。理论

上说,紊流的散热效率⽐层流⼤得多,因此才成为主流设计形式。轴流风机 虽然应⽤⼴泛,但是也存在固有的缺陷。轴流风

机受电机位置的阻挡,⽓流不能流畅通 过⿎风区域的中部,这称为死区

UL1007 24AGW 线 材等级 :80 ,300V,

UL1007 26AGW 线 材等级 :80 ,300V,

UL1095 28AGW 线 材等级 :80 ,300V,

UL1571 28AGW 线 材等级 :80 ,30V, 最⼤导体阻最⼤导体阻抗 最⼤导体阻抗 最⼤导体阻抗 28.3 Ω/KFT,20 45.2

Ω/KFT,20 6.64 Ω/KFT,20 6.64 Ω/KFT,20 28.3 Ω/KFT,20

45.2 Ω/KFT,20 6.64 Ω/KFT,20

正转【逆时针⽅向,出风⽅向为风扇正背⾯⽅向】?反转【顺时针⽅向,出风⽅向为风扇出⼝⽅向】5- 2 ]离⼼扇【 Blower

】:离⼼风扇是与轴流风机完全不同⿎风形式,也逐渐开始使⽤在 CPU

散热当中,通常被电脑⽤户称为涡轮风扇。这种风扇的优越之处在于很好地解决了死区问题。离⼼风扇与传统风扇的不同

之处是其叶⽚旋转是在垂直的平⾯内进⾏的,进风⼝位于风扇的侧⾯。散热器底⾯接收到的⽓流分布较均匀。

离⼼风扇的⿎风⽅向上没有障碍物,所以在各个位置都有同样的⽓流。同时它的风压和风量

的调节范围也更⼤,转速控制的效果更好。负⾯的影响噪⾳⼤。

正转【逆时针⽅向,出风⼝出风】

反转【顺时针⽅向,出风⼝进风】

⼆、风扇电⽓特性基本项⽬ :

1]依风扇使⽤额定电压和电压使⽤范围选择 1-1 DC5V 【使⽤电压范围: 4.5V 5.5V 1-2 DC12V 【使⽤电压范

围: 10.2V 13.8V 1-3 DC24V 【使⽤电压范围: 20.4V 27.6V 1-4 DC48V 【使⽤电压范围: 43V52V 1-

5)⼀些特殊额定电压和电压使⽤范围要求之规格等 2 )风扇起动电压要求起动电压的定义 : 能使风扇在最低电压下正常运转

时的电压。起动电压越⼩就意味着风扇的静磨擦系数⼩ , 风扇运转及转速越顺畅和稳定 , 选择好风扇是需对此项有特别要求。

3]风扇运转额定电流要求在额定电压下风扇稳定⼯作运转时的电流【电流表⽰符号:I ,单位:A (安培),1A 1000mA】。

在能确保散热效能情况下,电流越⼩越好,也就消耗能源越少, 同时也利风扇的

使⽤寿命。

4]风扇运转额定转速要求【转速单位:RPM

4-1 ]超⾼转速(表⽰该风扇在安全使⽤的条件下的正常最⾼转速)

4-2 ]⾼转速

4-3 ]中转速

4-4 ]低转速

4-5 ]超低转速(表⽰该风扇在额定电压下能持续正常运转的最低转速)

5]风扇⾃动恢复起动功能要求

该功能为将风扇转⼦锁定,风扇电流瞬间由⼤变⼩(近视为零 A)进⾏锁定,放开转⼦,转⼦处于停⽌状态,过⼏秒钟(停⽌

状态时间的长短由 IC 本⾝常规设计或特别需求作设计调整)后由 IC 内部⾃动释放导能电压将风扇重新恢复⼯作,风扇转⼦开

始由停⽌状态开始正常运转。

该功能主要为防⽌安装使⽤过程中风扇转⼦受外界因素的原因导致转⼦被卡死或风扇出现死⾓,常时间受⼤电流的影响⽽引

起风扇烧毁。

6]风扇噪⾳要求【单位为分贝 dBA)】

风扇噪⾳是使⽤者最为关注的项⽬ , 在满⾜散热的前题条件下 , ⼀般噪⾳要求越⼩越好。风扇噪⾳与摩擦⼒、空⽓流动有关。

风扇转速越⾼、风量越⼤,造成的噪⾳也会越⼤,另外风扇⾃⾝的震动也是不可忽视的因素。当然⾼品质的风扇的⾃⾝震动会

很⼩,但前⾯两个者却是难以克服的。要解决这

个问题,我们可以尝试使⽤尺⼨较⼤的风扇。应在在风量相同的情况下,⼤风扇在较低转速时的⼯作噪声要⼩于⼩风扇在⾼转

速时的⼯作噪声。另外⼀个我们容易忽略的因素是风扇的轴承。

由于风扇⾼速转动时转轴和轴承之间要摩擦碰撞,所以也是风扇噪声的⼀个主要来源。噪⾳的测试标准以 Microphone

Fan1M距离测试所得(如下图所⽰), 特殊要求的将会缩短之间的距离。7]风扇风量 &风压要求

风扇的风量 &风压是决定散热效能的主要因素 , 常风扇外型规格定下来后 , 风扇的特性重点要求就是风量 &风压,决不是风扇转

,通常⼈们都会误解了这重点 ,开始使⽤ A ⼚家的风扇转速为作2400RPM,只要 B ⼚家的风扇也为 2400RPM 就可以了 , 这样

做完全是错误的。如 A ⼚家 4028 风扇转速为 8000RPM,风量为 30CFM,风压为 15mmHO2 , 定电流为 0.16A, 噪⾳为

30dB;那 B ⼚家的4028 风扇转速为 7500RPM风量为 32CFM,风压为 15.6mmHO2 ,额定电流为 0.14A, 噪⾳为 30dB;从数值

来看 ,B ⼚家的参数会优于 A ⼚家的 , B ⼚家的 7500RPM 的风扇完全可以与 A ⼚家的8000RPM 风扇代⽤(其它品质⼀致

前题下), 所以我们选择风扇不是看规格转速 , ⽽是看风量 &风压。

7.1 风量:风量就是每分钟风和送出或吸⼊空⽓的体积[单位 M3/minft3/min, 每分钟多少⽴⽅⽶(⽴⽅英尺)]。(CFM

CMM

7.2 风压:风压就是风扇克服阻⼒进⾏送风时所需要产⽣的压⼒,分为静压和动压。静压是指平⾏于⽓流⽅向测量到的压⼒,

动压是⽓体流动所需动能转化为压⼒的过程[单位:mm/H2O

inch/H2O, 风压⽔柱多少毫⽶(英⼨)]。

风量 &风压测试设备(风洞)风扇的特性(P&Q)曲线

三、风扇特性控制⽅式选择:

1]⼆条线⼀般控制输出【电压⼤⼩可控制风扇转速快慢】

1.2 线风扇分为有端和⽆端(裸线)两种接线⽅式,端⼦型号规格、线材正负极性⽅向及线规由使⽤者指定。⼀般引线采⽤两

种颜⾊线材,红⾊和⿊⾊;红⾊线接电源的正极电压,⿊⾊线接电源的负极电压。

2FG 信号控制输出【电压⼤⼩可控制风扇转速,第三条FG 信号线可提供⽅波频率信号

给设备来侦测其风扇转速实值】

2.1 线 FG 信号输出风扇分为有端和⽆端(裸线)两种接线⽅式,端⼦型号规格、线材、正负极性⽅向及线规由使⽤者指定。

⼀般引线采⽤三种颜⾊线材,红⾊、⿊⾊和⽩⾊(黄⾊等),红⾊线接电源的正极电压,⿊⾊线接电源的⾊极电压,另外第三

条引线 FG 信号线,FG 信号线颜⾊常规为⽩、黄两种;(接线电路图如下)。

Ic

R≥VFG/Ic Ic 10mA Max.

FG 信号输出波形图:

3]三条线(RD 信号控制)输出【正(+)/ 负(-)极电源,电压⼤⼩可控制风扇转速 , 第三条线可提供⼀个电频信号给设

备侦测(报警 / 指⽰⽅式等)该风扇是否正常⼯作运转】 3.1 线 RD 信号输出风扇分为有端和⽆端(裸线)两种接线⽅式,端

⼦型号规格、线材正负极性⽅向及线规由使⽤者指定。⼀般引线采⽤三种颜⾊线材,红⾊、⿊⾊和⽩⾊(蓝⾊等),红⾊线接

电源的正极电压,