如何選擇正確的風(fēng)扇或鼓風(fēng)扇
所有需要使用風(fēng)扇散熱的電機(jī)與電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程師，必須決定一個(gè)特定系統(tǒng)散熱所需的風(fēng)量，而所需的風(fēng)量取決于了解系統(tǒng)的耗電量及是否能帶走足夠的熱量，以預(yù)防系統(tǒng)過(guò)熱的情形發(fā)生。事實(shí)顯示，系統(tǒng)的使用年限會(huì)由于冷卻系統(tǒng)的不足而降低，所以設(shè)計(jì)工程師也應(yīng)該明白，系統(tǒng)的銷售量與價(jià)格，可能因?yàn)橄到y(tǒng)的使用年限不符使用者的預(yù)期而下降。
欲選擇正確的通風(fēng)組件，必須考慮下列目標(biāo)：
的空氣流動(dòng)效率
zui小的適合尺寸
zui小的噪音
zui小的耗電量
zui大的可靠度與使用壽命
合理的總成本
以下三個(gè)選擇正確散熱扇或鼓風(fēng)扇的重要步驟，可幫你達(dá)成上述幾個(gè)目標(biāo)。
步驟一：總冷卻需求
首先必須了解三個(gè)關(guān)鍵因素以得到總冷卻需求：
必須轉(zhuǎn)換的熱量 (即溫差DT)
抵消轉(zhuǎn)換熱量的瓦特?cái)?shù) (W)
移除熱量所需的風(fēng)量 (CFM)
總冷卻需求對(duì)于有效地運(yùn)作系統(tǒng)甚為重要。有效率的系統(tǒng)運(yùn)作必須提供理想的運(yùn)作條件，使所有系統(tǒng)內(nèi)的組件均能發(fā)揮zui大的功能與zui長(zhǎng)的使用年限。
下列幾個(gè)方式，可用來(lái)選擇一般用的風(fēng)扇馬達(dá)：
1.算出設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。
2.決定設(shè)備內(nèi)部所能允許的溫度上升范圍。
3.從方程式計(jì)算所需的風(fēng)量。
4.估計(jì)設(shè)備用的系統(tǒng)阻抗。
5.根據(jù)目錄的特性曲線或規(guī)格書來(lái)選擇所需的風(fēng)扇。
如果已知系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部散熱量與允許的總溫度上升量，可得到冷卻設(shè)備所需的風(fēng)量。
以下為基本的熱轉(zhuǎn)換方程式：
H = Cp×W×△T
其中
H = 熱轉(zhuǎn)換量
Cp = 空氣比熱
△T = 設(shè)備內(nèi)上升的溫度
W = 流動(dòng)空氣重量
我們已知 W = CFM×D
其中 D = 空氣密度
經(jīng)由代換后，我們得到:
再由轉(zhuǎn)換因子(conversion factors)與代入海平面空氣的比熱與密度，可得到以下的散熱方程式：
CFM = 3160×千瓦／△℉
然后得到下列方程式：
其中
Q：冷卻所需的風(fēng)量
P：設(shè)備內(nèi)部散熱量 (即設(shè)備消耗的電功率)
Tf：允許內(nèi)部溫升 (華氏)
Tc：允許內(nèi)部溫升 (攝氏)
DT = DT1與DT2之溫差
溫升與所需風(fēng)量之換算表
| 0.5 | 1 | 1.5 | 2 | 2.5 | 3 | 3.5 | 4 | 4.5 | 5 |
50 90 | 18 | 35 | 53 | 70 | 88 | 105 | 123 | 141 | 158 | 176 |
45 81 | 20 | 39 | 59 | 78 | 98 | 117 | 137 | 156 | 176 | 195 |
40 72 | 22 | 44 | 66 | 88 | 110 | 132 | 154 | 176 | 195 | 220 |
35 63 | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 151 | 176 | 201 | 226 | 251 |
30 54 | 29 | 59 | 88 | 117 | 146 | 176 | 205 | 234 | 264 | 293 |
25 45 | 35 | 75 | 105 | 141 | 176 | 211 | 246 | 281 | 316 | 351 |
20 36 | 44 | 88 | 132 | 176 | 220 | 264 | 308 | 351 | 396 | 439 |
15 27 | 59 | 117 | 176 | 234 | 293 | 351 | 410 | 469 | 527 | 586 |
10 18 | 88 | 176 | 264 | 351 | 439 | 527 | 615 | 704 | 791 | 879 |
5 9 | 176 | 351 | 527 | 704 | 879 | 1055 | 1230 | 1406 | 1582 | 1758 |
例一：設(shè)備內(nèi)部消耗電功率為500瓦，溫差為華氏20度，下列為其計(jì)算結(jié)果：
或
例二：設(shè)備內(nèi)部消耗電功率為500瓦，溫差為攝氏10度：
或
步驟二：全部系統(tǒng)阻抗／系統(tǒng)特性曲線
空氣流動(dòng)時(shí)，氣流在其流動(dòng)路徑會(huì)遇上系統(tǒng)內(nèi)部零件的阻擾，其阻抗會(huì)限制空氣自由流通。壓力的變化即測(cè)量到的靜壓，以英吋水柱表示。
為了確認(rèn)每一槽排(slot)之冷卻瓦特?cái)?shù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)或制造廠商不但必須有風(fēng)扇的有效風(fēng)扇特性曲線以決定其zui大風(fēng)量，而且必須知道系統(tǒng)的風(fēng)阻曲線。系統(tǒng)內(nèi)部的零件會(huì)造成風(fēng)壓的損失。此損失因風(fēng)量而變化，即所謂的系統(tǒng)阻抗。
系統(tǒng)特性曲線之定義如下：
DP = KQn
其中 K = 系統(tǒng)特定系數(shù)
Q = 風(fēng)量 (立方呎)
n = 擾流因素，1 < n < 2
平層氣流時(shí)，n = 1
亂流氣流時(shí)，n = 2
步驟三：系統(tǒng)操作工作點(diǎn)
系統(tǒng)特性曲線與風(fēng)扇特性曲線的交點(diǎn)，稱為系統(tǒng)操作工作點(diǎn)，該工作點(diǎn)即風(fēng)扇之*運(yùn)作點(diǎn)。
操作工作點(diǎn)
在工作點(diǎn)，風(fēng)扇特性曲線之變化斜率為zui小，而系統(tǒng)特性曲線之變化率為zui低。注意此時(shí)的風(fēng)扇靜態(tài)效率(風(fēng)量 ×風(fēng)壓 ÷耗電)為*化。
設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮項(xiàng)目：
1.保持空氣流動(dòng)盡量不受阻擾，入風(fēng)口與出風(fēng)口保持暢通。
2.引導(dǎo)氣流垂直通過(guò)系統(tǒng)，以確保氣流順暢而提升冷卻效率。
3.如需加裝空氣濾網(wǎng)，應(yīng)考慮其增加的空氣流動(dòng)阻力。
選擇*風(fēng)扇的例子：
例一：
圖一為典型SUNON DC散熱扇60×60×25mm的特性曲線。此風(fēng)扇可能操作在A點(diǎn)或C點(diǎn)，分別可輸送6 CFM或20 CFM。如果該系統(tǒng)之阻抗對(duì)于氣流在A點(diǎn)會(huì)造成0.16吋水柱或C點(diǎn)0.04吋水柱的靜壓質(zhì)。如果該系統(tǒng)因改良而運(yùn)作于B點(diǎn)，則風(fēng)扇可輸送12 CFM而靜壓僅0.09吋水柱。
圖一：60×60×25mm中速風(fēng)扇之特性曲線
例二：
如圖二所示，特性曲線二是同一尺寸與形狀之風(fēng)扇，但其轉(zhuǎn)速比特性曲線一低。如果系統(tǒng)僅需要15 CFM風(fēng)量在0.05吋水柱靜壓，則靜壓降與風(fēng)量曲線之交點(diǎn)應(yīng)通過(guò)B點(diǎn)，因此風(fēng)扇在零靜壓時(shí)可輸送18 CFM已足夠冷卻之需。因此zui后的安排是選用低速風(fēng)扇。
圖二：60×60×25mm低、中速風(fēng)扇之特性曲線
如圖二依圖表說(shuō)明，從一種風(fēng)扇改用另一種風(fēng)扇的結(jié)論。當(dāng)然有時(shí)可能甚至選用尺寸較小的風(fēng)扇，如果系統(tǒng)阻抗能充分地減低，也可以獲得相同的風(fēng)量。
例三：
如圖三所示，為40×40×6mm(曲線三)、30×30×6mm(曲線二)、25×25×6mm(曲線一)中轉(zhuǎn)速DC風(fēng)扇之特性曲線。
情況一：
假如系統(tǒng)阻抗為0.025吋水柱而需要2 CFM的風(fēng)量來(lái)冷卻，建議你使用40×6mm DC風(fēng)扇。(請(qǐng)參考B點(diǎn)運(yùn)作) 情況二： 假如有更多組件加進(jìn)系統(tǒng)且(或)外形變得更密實(shí)時(shí)，將產(chǎn)生更多的系統(tǒng)阻抗?，F(xiàn)在假設(shè)系統(tǒng)阻抗上升至0.038吋水柱，并需要0.85 CFM的風(fēng)量來(lái)冷卻，有兩種風(fēng)扇可供選擇：40×6mm、30×6mm。(請(qǐng)參考操作工作點(diǎn)A)。另一種用來(lái)冷卻具有高系統(tǒng)阻抗之系統(tǒng)的選擇為小型DC鼓風(fēng)扇。
圖三：40×40×6mm與30×30×6mm風(fēng)扇之特性曲線
并聯(lián)與串聯(lián)運(yùn)作
并聯(lián)運(yùn)作就是并列使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的風(fēng)扇。
并聯(lián)風(fēng)扇與單獨(dú)風(fēng)扇的運(yùn)作曲線圖
兩個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)所產(chǎn)生的風(fēng)量體積，僅在自由空間條件下，為單一風(fēng)扇風(fēng)量的兩倍，而當(dāng)并聯(lián)風(fēng)扇應(yīng)用于較高系統(tǒng)阻抗的情況時(shí)，系統(tǒng)阻抗愈高，并聯(lián)風(fēng)扇所能增加的風(fēng)量愈低。因此，并聯(lián)的應(yīng)用僅在低系統(tǒng)阻抗的情況下建議使用，即風(fēng)扇在幾乎*自由送風(fēng)的情況下運(yùn)作。
串聯(lián)風(fēng)扇與單獨(dú)風(fēng)扇的運(yùn)作曲線圖
串聯(lián)運(yùn)作就是串行使用兩個(gè)或兩個(gè)以上的風(fēng)扇。
兩個(gè)風(fēng)扇串聯(lián)產(chǎn)生的靜壓，在零風(fēng)量條件下可達(dá)兩倍，但在自由空間的情況下，并不能增加風(fēng)量。多加一個(gè)串聯(lián)風(fēng)扇，在較高靜壓之系統(tǒng)，可增加風(fēng)量。
因此，串聯(lián)運(yùn)作對(duì)高系統(tǒng)阻抗的系統(tǒng)，可達(dá)到zui高的效果。
噪音值
SUNON風(fēng)扇的噪音是在背景噪音低于15 dBA無(wú)回響室中所測(cè)量。待測(cè)風(fēng)扇在自由空氣中運(yùn)轉(zhuǎn)，距入風(fēng)口一米處置一噪音計(jì)。
音壓級(jí)(Sound Pressure Level)依背景因素而定，與音能級(jí)(Sound Power Level)由下列公式表示之：
SPL = 20㏒10P／Pref
及 SWL = 10㏒10W／Wref
其中 P = 音壓
Pref = 基準(zhǔn)音壓
W = 音源的噪音能量
Wref = 音源的噪音能量
風(fēng)扇的噪音值通常以音壓級(jí)(SPL)之倍頻帶繪出。分貝(dBA)的改變所形成的效應(yīng)，如下列征兆所示：
3 dBA 幾乎沒(méi)有感覺(jué)
5 dBA 感覺(jué)出來(lái)
10 dBA 感覺(jué)兩倍大聲響
噪音程度：
0 ~ 20 dBA 很微弱
20 ~ 40 dBA 微弱
40 ~ 60 dBA 中度
60 ~ 80 dBA 大聲
80 ~ 100 dBA 很大聲
100 ~ 140 dBA 震耳欲聾
如何達(dá)成低噪音
下列五項(xiàng)準(zhǔn)則提供風(fēng)扇使用者*方法，以降低噪音至zui小：
1.系統(tǒng)阻抗： (System Impedance)
一個(gè)機(jī)殼的入風(fēng)口與出風(fēng)口之間范圍占全部系統(tǒng)阻抗的60%至80%，另外氣流愈大，噪音相對(duì)愈高。系統(tǒng)阻抗愈高，冷卻所需的氣流愈大，因此為了將噪音降至zui小，系統(tǒng)阻抗必須減至zui低程度。
2.氣流擾亂
延著氣流路徑所遇到的阻礙而造成的擾流會(huì)產(chǎn)生噪音。因此任何阻礙，特別在關(guān)鍵的入風(fēng)口與出風(fēng)口范圍，必須避免，以降低噪音。
3.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與尺寸
由于高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇比低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇產(chǎn)生較大的噪音，因此應(yīng)盡可能嘗試及選用低轉(zhuǎn)速風(fēng)扇。而一個(gè)尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低的風(fēng)扇，通常比小尺寸、高轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，在輸送相同風(fēng)量時(shí)安靜。
4.溫度升高
在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，冷卻所需的風(fēng)量與允許的溫升成反比。允許溫升稍微提高，即可大量減少所需的風(fēng)量。因此，如果對(duì)強(qiáng)加之允許溫升的限制略微放松一些，所需風(fēng)量將可降低，噪音亦可降低。
5.振動(dòng)
有些情形，整個(gè)系統(tǒng)的重量很輕，或系統(tǒng)必須按照某種規(guī)定方式運(yùn)作時(shí)，特別建議采用柔軟的隔絕器材，以避免風(fēng)扇振動(dòng)的傳遞。
6.電壓變動(dòng)
電壓變動(dòng)會(huì)影響噪音程度。加到風(fēng)扇的電壓愈高，因轉(zhuǎn)速升高，振動(dòng)就愈大，產(chǎn)生的噪音也愈大。
7.設(shè)計(jì)的考慮：
構(gòu)成風(fēng)扇的每一零件設(shè)計(jì)，均會(huì)影響噪音程度。下列設(shè)計(jì)的考慮可達(dá)成降低噪音：繞線鐵心的尺寸，扇葉與外框的設(shè)計(jì)及的制造與平衡。
建準(zhǔn)風(fēng)扇第三條導(dǎo)線訊號(hào)信息
1.風(fēng)扇之切換驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)提供轉(zhuǎn)速的測(cè)量：
此風(fēng)扇馬達(dá)有三條導(dǎo)線 (紅線：＋，黑線：－，黃線：第三條訊號(hào)傳出導(dǎo)線)
OCM型:
低電壓激活
第三條導(dǎo)線方形波經(jīng)一晶體管放大后輸出
(開(kāi)集極回路型，open collector type)
TM型 :
第三條導(dǎo)線方形波經(jīng)一晶體管放大后輸出
M型 :
第三條導(dǎo)線方形波未經(jīng)晶體管放大
僅0.5 ~ 2.2V (5V風(fēng)扇) 或0.5 ~ 6V (12V風(fēng)扇)
OCM與TM型之輸出線路為晶體管之集極(開(kāi)集極設(shè)計(jì))
2.風(fēng)扇采用驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)
R型 (運(yùn)轉(zhuǎn)檢知器) 第三條導(dǎo)線訊號(hào)： 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：低電位(VL)
鎖住時(shí)：高電位(VH) | F型 (方形波產(chǎn)生器) 第三條導(dǎo)線訊號(hào)： 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：方形波
鎖住時(shí)：高電位(VH) |
會(huì)員1.png)