风扇选型及设计指导.pdf

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港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第1页共19页港湾网络有限公司企业技术规范港湾网络有限公司企业技术规范风扇选型及设计指导V1.0风扇选型及设计指导V1.02004-01-10发布2004-01-10实施港湾网络有限公司发布港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第2页共19页本规范起草部门：

中试机电设计部、生产采购部本规范起草人：

刘勇、陈翠莲本规范审核人：

马庆本规范批准人：

江岷本规范修订记录：

修订时间修订版本修订内容修订人审核人港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第3页共19页目目录录1.目的.42.适用范围.43.风扇选型要素.43.1.系统风量的计算和风扇的选择.43.1.1.总冷却需求及风量的计算.53.1.2.全部系统阻抗系统特性曲线.73.1.3.系统操作工作点的确定.73.2.风扇的并联与串联.93.2.1.风扇的并联.93.2.2.风扇的串联.93.3.系统散热的仿真.103.4.系统风扇的风向选择.103.5.风扇的噪声控制.103.5.1.风扇的噪声与转速的关系.103.5.2.噪声控制方法.113.6.风扇电压.123.7.风扇的外型尺寸选择.123.8.风扇类型选择.133.9.风扇的控制方式选择.133.10.风扇的引线长度.134.风扇的控制电路设计.144.1.风扇的信号检测.144.2.引脚定义.154.3.降压电路.154.4.风扇电源的滤波.154.5.与外部的接口.154.6.软启动电路.154.7.风扇的调速电路.165.冷却系统设计时考虑因素.175.1.电源的负载能力.175.2.风扇的安装.176.项目描述规则说明.177.选型清单.18港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第4页共19页风扇选型及设计指导1.目的目的在于指导系统风扇的选型和设计，降低成本，降低设备发射噪声，提高开发效率。

2.适用范围本指导文件适用于公司所有产品的散热系统对风扇的选型设计，如机柜、单板和盒式结构的设备。

对于个别特殊散热的系统，可特殊处理。

3.风扇选型要素3.1.3.1.系统风量的计算和风扇的选择系统风量的计算和风扇的选择对于所有需要使用风扇散热的产品，设计工程师必须先确定系统散热所需的风量，而所需的风量取决于了解系统的耗电量及是否能带走足够的热量，以防止系统过热。

事实显示，系统的使用年限会由于风扇系统的不足而降低，所以系统的销售量与价格，可能因为系统的使用年限不符使用者的预期而下降。

要选择正确的风扇，必须考虑下列目标：

?

最好的空气流动效率；?

最小的适合尺寸；?

最小的噪音；?

最小的耗电量；?

最大的可靠度与使用寿命；?

合理的总成本。

选择正确散热扇的三个重要步骤：

步骤一：

总冷却需求及风量的计算；步骤二：

全部系统阻抗系统特性曲线；步骤三：

系统操作工作点的确定；港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第5页共19页3.1.1.总冷却需求及风量的计算首先必须了解三个关键因素以得到总冷却需求：

?

必须转换的热量（即温差T）?

抵消转换热量的功率（W）?

带走热量所需的风量（CFM）确定总冷却需求对于系统运行十分重要。

有效率的系统运作必须提供理想的运作条件，使所有系统内的组件均能发挥最大的功能与最长的使用年限。

具体的步骤如下：

（1）算出设备内部产生的热量。

（2）决定设备内部所能允许的温度上升范围。

（3）从方程式计算所需的风量。

（4）估计设备用的系统阻抗。

（5）根据目录的特性曲线或规格书来选择所需的风扇。

如果已知系统设备内部散热量与允许的总温度上升量，可得到冷却设备所需的风量。

以下为基本的热转换方程式：

H=CpWTH=CpWT其中：

H=热转换量Cp=空气比热T=设备内上升的温度W=流动空气重量我们已知W=CFMD其中D=空气密度经由代换后，我们得到:

再由转换因子与代入海平面空气的比热与密度，可得到以下的散热方程式：

CFM=3160千瓦港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第6页共19页然后得到下列方程式：

其中：

Q冷却所需的风量P设备内部散热量（即设备消耗的电功率）Tf允许内部温升（华氏）Tc允许内部温升（摄氏）DT=DT1与DT2之温差温升与所需风量的换算表:

例一：

设备内部消耗电功率为500瓦，温差为华氏20度，下列为其计算结果：

或例二：

设备内部消耗电功率为500瓦，温差为摄氏10度：

或例三：

有一SWITCHING电源消耗功率250瓦，风扇消耗20瓦，当地夏季气温最高55，设该电源允许工作95，所需风扇风量计算如下：

P=250W+20W=270W；Tf=95-55=40Q=0.09270/40=0.6075CMM=21.44CFM（为工作所需风量）港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第7页共19页3.1.2.全部系统阻抗系统特性曲线空气流动时，气流在其流动路径会遇上系统内部零件的阻扰，其阻抗会限制空气自由流通。

压力的变化即测量到的静压，以英吋水柱表示。

为了确认每一槽排的冷却功率，我们不但必须知道风扇的有效风扇特性曲线以决定其最大风量，而且必须知道系统的风阻曲线。

系统内部的零件会造成风压的损失。

此损失因风量而变化，即所谓的系统阻抗。

系统特性曲线的定义如下：

P=K（n/D）Q其中：

PP=风压；DD=空气密度；KK=系统特定系数表征系统风量与风压的关系，一般是一阶线性常系数QQ=风量（立方呎）；nn=扰流因素，1n2平层气流时，n=1乱流气流时，n=2系统有旁路泄漏时，nQb（风量），PaPb（静压）。

（2）系统阻抗设计的好坏也是选择风扇的重点之一；图中R1是最佳系统阻抗设计，R2是系统阻抗较高，R3较低；要改善系统阻抗设计应从系统进出风口的大小调整、系统內元件排放位置调整等，再经由风洞的测试即可调整及验证出最佳的系统阻抗。

另外，设计时还应考虑：

（1）保持空气流动尽量不受阻扰，入风口与出风口保持畅通。

（2）引导气流垂直通过系统，以确保气流顺畅而提升冷却效率。

港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第9页共19页（3）如需加装空气滤网，应考虑其增加的空气流动阻力。

3.2.3.2.风扇的并联与串联风扇的并联与串联3.2.1.风扇的并联并联运行就是并列使用两个或两个以上的风扇。

并联风扇与单独风扇的运行曲线图：

两个风扇并联所产生的风量，仅在自由空间条件下，为单一风扇风量的两倍，而当并联风扇应用于较高系统阻抗的情况时，系统阻抗愈高，并联风扇所能增加的风量愈低。

因此，并联的应用仅在低系统阻抗的情况下建议使用，即风扇在几乎完全自由送风的情况下运转。

3.2.2.风扇的串联串联运行就是串行使用两个或两个以上的风扇。

串联风扇与单独风扇的运作曲线图：

两个风扇串联产生的静压，在零风量条件下可达两倍，但在自由空间的情况下，并不能增加风量。

多加一个串联风扇，在较高静压的系统，可增加风量。

因此，串联运作对高系统阻抗的系统，可达到最高的效果。

港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第10页共19页3.3.3.3.系统散热的仿真系统散热的仿真前面的计算只是在理论上的推算，实际上系统的散热效率与单板密度、结构设计等有密切关系，一般需要在结构方案出来后，由结构设计者对于散热冷却系统进行仿真，以检验前面的计算和结构设计是否符合要求。

3.4.3.4.系统风扇的风向选择系统风扇的风向选择系统的风扇风向选择只有二种：

抽风、吹风抽风具有气流方向稳定，容易控制的特点，同时受系统风阻的影响，散热效率低。

在系统风阻较低的产品上可以使用。

吹风具有风压大，散热效率高的特点，但气流紊乱，各器件（或模块）的散热不均匀，适合系统风阻大、局部需要强制散热的系统。

由于热气流的风向是自下而上的方向，在设计风扇位置时需要注意：

抽风风扇（或风扇框）应安装在系统的顶部；选择吹风时风扇应在系统的底部。

侧向安装的风扇不受上述要求限制。

3.5.3.5.风扇的噪声控制风扇的噪声控制风扇的噪声控制需要遵守港湾产品噪声控制标准V1.0风扇的噪音是在背景噪音低于15dBA无回响室中所测量。

待测风扇在自由空气中运转，距入风口一米处置一噪音计。

3.5.1.风扇的噪声与转速的关系风扇的风量和转速的关系如下：

港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第11页共19页式中1、2分别表示不同的工作点。

工作点的变动引起的静压变化如下：

转速的变化不仅影响到气流和静态压力，还影响到功耗和噪声。

功耗的变化可由下式近似表示出:

噪声的近似变化可以用下式来表示：

式中dBA1和dBA2是1、2工作点的A计权噪声级。

当一个系统中多个风扇紧靠在一起、共同工作时（如风扇框），总噪声值是单个风扇发出噪声的对数和：

dBAn是是各自的噪声级。

3.5.2.噪声控制方法下列五项准则提供了风扇噪声控制的最佳方法，以降低噪音至最小：

1.系统阻抗：

一个机壳的入风口与出风口之间范围占全部系统阻抗的60%至80%，另外气流愈大，噪音相对愈高。

系统阻抗愈高，冷却所需的气流愈大，因此为了将噪音降至最小，系统阻抗必须减至最低程度。

2.气流扰乱延着气流路径所遇到的阻碍而造成的扰流会产生噪音。

因此任何阻碍，特别在关键的入风口与出风口范围，必须避免，以降低噪音。

3.风扇转速与尺寸港湾网络有限公司风扇选型及设计指导V1.0QB-HN-0044-2004此版权归港湾网络有限公司所有翻录必究第12页共19页由于高转速风扇比低转速风扇产生较大的噪音，因此应尽可能尝试及选用低转速风扇。

而一个尺寸较大、转速较低的风扇，通常比小尺寸、高转速的风扇，在输送相同风量时安静。

盒式产品禁止选用高转速风扇。

4.温度升高在一个系统内，冷却所需的风量与允许的温升成反比。

允许温升稍微提高，即可大量减少所需的风量。

因此，如果对强加之允许温升的限制略微放松一些，所需风量将可降低，噪音亦可降低。

5.振动有些情形，整个系统的重量很轻，或系统必须按照某种规定方式运作时，特别建议采用柔软的隔绝器材，以避免风扇振动的传递。

6.电压变动电压变动会影响噪音程度。

加到风扇的电压愈高，因转速升高，振动就愈大，产生的噪音也愈大。

7.设计的考虑：

构成风扇的每一零件设计，均会影响噪音程度。

下列设计的考虑可达成降低噪音：

绕线铁心的尺寸，扇叶与外框的设计及精确的制造与平衡。

3.6.3.6.风扇电压风扇电压应根据整机电源来选择风扇的电源类型，以便不增加新的电源类型为宜。

通常机框用风扇：

电压选择DC48V或DC24V，电流按额定值。

单板和盒式结构用风扇：

电压推荐选用DC12V或DC5V，电流按额定值。

交流风扇：

电压选择AC220V。

在同样尺寸条件下，交流和直流风扇有一些不同点：

直流风扇的特点是调速容易，电源容易实现、温升低，可靠性高、技术成熟。

交流风扇的特点是功率大，转速不高、风量大