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散热风扇知识汇总资料

深圳美风机电技术有限公司

内部培训教材

散热风扇知识汇总

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

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7000～12000rpm；3010风扇5000～9000rpm；4010风扇5000～7000rpm；5010风扇3500～5000rpm；6025风扇2600～4500rpm；7025风扇2400～3600rpm；8025风扇2000～3500rpm；9225风扇1600～3100rpm；12025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（Ballbearing）而低速风扇则使用成本低廉的含油轴承（Sleevebearing）。

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“1Ball+1Sleeve”，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TwoBalls。

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×宽25×厚10mm】:

行业简称2510

 1-2﹞【长40×宽40×厚20mm】:

行业简称4020

 1-3﹞【长60×宽60×厚15mm】:

行业简称6015

 1-4﹞【长80×宽80×厚25mm】:

行业简称8025

 1-5﹞【长120×宽120×厚25mm】:

行业简称12025

 1-6﹞12032【长120×宽120×厚32mm】:

行业简称12032等

 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Ф4.4mm,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:

为PBT原料白色（塑胶热变形温度230℃）

 2-2）扇框+扇叶:

为PBT原料黑色（塑胶热变形温度230℃）

 2-3）扇框+扇叶:

为PC原料透明（塑胶热变形温度120℃）

 2-4）扇框+扇叶:

为PC原料加不同色粉形成外观颜色等（塑胶热变形温度120℃）

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:

●UL100724AGW线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗28.3Ω/KFT,20℃

●UL100726AGW线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗45.2Ω/KFT,20℃

●UL109528AGW线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗6.64Ω/KFT,20℃

●UL157128AGW线材等级:

80℃,30V,最大导体阻抗6.64Ω/KFT,20℃

常规并线

●UL246824AGW并线线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗28.3Ω/KFT,20℃

●UL246824AGW并线线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗45.2Ω/KFT,20℃

●UL109528AGW并线线材等级:

80℃,300V,最大导体阻抗6.64Ω/KFT,20℃

 4-2）常用端子规格型号

 JST2.5（2P）JST2.5（3P）2510（2P）2510（3P）JST2.0（2P）JST2.0（3P）

 Molex1.25（2P）Molex1.25（3P）Molex5264（3P）杜邦2.54（3P）SMH250（2P）AMPMAT-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”。

 ●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：

43V～52V】

 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dB（A）】

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至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,决不是风扇转速,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,额定电流为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,且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/min（ft3/min）,每分钟多少立方米（立方英尺）]。

（CFM或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。

2﹞FG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≥V（FG）/IcIc＝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，黑色线接电源的色极电压，另外第三条线接RD信号端，RD信号线颜色常规为白、蓝两种；（接线电路图如下）。

Ic

R≥V（RD）/IcIc＝10mA（Max.）

RD信号输出波形图：

Running

4﹞四条线（PWM信号控制）输出【正（＋）/负（－）极电源，第三条FG信号线侦测其风扇转速,第四条PWM（脈衝寬度調節）提供设备调制其风扇转速】

●PWM信号输出波形图：

5﹞温度控制输出【正（＋）/负（－）极电源，电压大小控制其风扇转速，风扇电源/控制部分装置热敏电阻，热敏电阻随温度的变化改变其阻值，从而控制其风扇转速快慢，一般设计为环境温度高时风扇转速快，环境温度低时风扇转速慢。

●温控风扇分为真温控和假温控两种，两者间的差异：

 A．真温控电路设计及转速变化曲线如下图所示，其优缺点：

优点：

其一电路设计为由热敏电阻阻值变化调致IC控制内部频宽来控制风扇的转速快慢，转速变化时相对稳定。

其二为热敏电阻本体不发热，确保特性本质及使用周期。

其三可应用大电流机种。

缺点：

其一电路设计复杂成本高。

其二不适用小型机种（内部PCB设置不下）

 B．假温控电路设计及转速变化曲线如下图所示，其优缺点：

优点：

其一电路设计简单成本低。

其二可应用小型机种。

缺点：

其一电路设计为在电源正极端串联一热敏电阻，由热敏电阻值变化来限流（降压）控制风扇的转速快慢，相对转速变化同样不稳定。

其二因热敏电阻串联负截整个电路，其本

体易发热，阻值变化很不稳定。

其三不适用高电流机型。

四、风扇综合要求：

1﹞风扇的使用寿命

 同一规格的风扇产品由每一生产厂家生产出来其品质及使用寿命都有不同,主要来自每一家的结构设计、电气性能设计、材料选用及制程管制等的差异有别;其次就是使用者的安装位置选择和使用环境等的优劣条件程度综合来决定,要想达到理想的品质和使用寿命要求,使用者在选用风扇时而不是靠生产厂家提供一组数据出来就可以保证其品质和寿命那么简单,使用者要将自己的要求及对该风扇产品的安装方式,使用环境等知会生产厂家,生产厂家对其作综合评定才对该规格风扇结构的选用、电气性能设计及材料选用等来达成这一条件要求,否则一切将不可能实现。

2﹞风扇的噪音

 在达成散热效能及使用寿命的状况下,对噪音的要求是使用者的重点,前面已经提到过,这里所讲的除风扇本身原有的噪音以外,就是使用者所造成的噪音,如风扇安装不牢固产生松振噪音,风道设计不好产生风噪音,空间设计不好产生共鸣声等等,这是使用者必须要克服的,只有好的风扇（低噪音/平衡好）配有好的设计组合才能达成降低噪音的目的。

3﹞风扇的散热效能

 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,决不是风扇转速,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,额定电流为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,且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