【经验】浅析如何选择合适的散热风扇

时间： 2021-06-26 来源：世强

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散热有三种方式：对流、传导和辐射。在大气环境中，对流又分强制对流和自然对流。强制对流一般首选风扇进行吹风或抽风式风冷散热。风扇其实是个组件，包括马达、扇叶、导线、连接器，控制PCB等。那么该如何选择风扇呢？本文中笔者将给出一般经验供参考。

1、首先考虑结构尺寸。目前常见的散热风扇都做成了标准品，比如常见的12025型，就表示框架外形尺寸为120*120mm，高度为25mm。除了外形尺寸，还要考虑安装，比如安装方式，如果是橡胶柱或者螺丝安装，孔位是否能否跟风扇支架匹配。极少数情况下，有些客户可能还有重量和包装要求。

2、其次是看基本特性。主要包括适配的电压、电流、额定功率、转速、风量、风压、噪音等。

a、直流或者交流风扇，要注意看额定电压是否适配接口的输出电压，最低的启动电压是否足够低，满足电压波动的情况下，风扇里的电机还能正常工作和不损害电机正常运行。

b、电流方面除了要看额定电流外，还要看启动瞬间电流，是慢启动还是快启动，快启动可能瞬间电流过大，而对接的PCB承受功率不够而达到限流保护，就会出现风扇一开机马上就断电现象，这是笔者实际开发工作中遇到过的。当然另一方面也是因为启动瞬间负载过大造成的，可以做相应的调整，比如更换更好的轴承减少摩擦、减轻扇叶或者风鼓、减少进出风口的风阻等。另外在电流超过0.2A后，有些UL标准要求风扇组件的通电零部件要能过GWT750C、温升测试等，比如导线、绕组等。这就跟市场认证要求有关了，本文只做浅谈，不再深入探讨。

c、转速、风量、风压、噪音这几个参数实际非常相关的，一般来说首看风量是否达标，再去看风压和噪音是否达标。因为一定形状的扇叶，转速越高、风量就越大，如果风量和噪音等达到了要求，就不用去纠结转速问题，每个厂商的扇叶设计都有所不同，为达到一定的风量，转速可能差别比较大。转速与振动也有一定关系，因而推荐固定方式采用橡胶柱固定，安装既简单还能减震。风量风压曲线也是要关注的，这个涉及到风扇的排风能力，这个一般是通过专业的风量风压仪器测得。可以从曲线看到风扇在需求的风量下，进出风口的风阻不能超过对应值，给结构设计工程师以参考。

从上图可看出，同尺寸扇叶的风扇，不同电压下，转速相同，风量相同，转速越高，出风静压也高。

3、特殊功能。主要是是否有PWM调速、输出FG信号和重启保护。考虑到环境温度变化风扇风量也随之变化，就需要进行PWM调速。而且长时间使用会有灰尘积累或其他情况造成风扇堵塞而过热，需要告知用户或者工程师及时进行维护处理，那么就需要输出FG信号和重启保护。其中PWM的意思是通过改变 PWM 的占空比，速度的变化是线性的，通过消耗电流，开路集电极类型和上拉电压由最大工作电压和吸收电流改变。如下图是爱美达的风扇PWM调速参考图，其他厂家也大同小异：

自动重启和FG信号反馈是指风扇电机锁定时，设备将在几秒内切断驱动电流并给予FG信号，此时风扇不会自动重启，以免长时间自动重启烧毁风扇。脉冲传感器用于检测风扇电机的转速。在锁定转子状态下，信号停止循环，输出固定在 VH 或VL，如下图所示参考：

4、工作寿命。因为散热风扇的寿命通常取决于马达轴承的可靠性，滚珠轴承系统已被证实具有高效率与低生热的特点。风扇的轴承一般有双滚珠轴承（Ball bearing），单滚珠+单套筒轴承、含油套筒轴承（Sleeve bearing）三种。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。爱美达的双滚珠轴承的寿命可达到70,000 hours（@45°C）。

5、耐受等级。包括温湿度耐受、绝缘和阻抗耐压。有些特殊情况还要求温升测试下的耐热等级，主要与风扇的绝缘材料性能有关，其中耐热等级分为Y级90℃、A级105℃、E级120℃、B级130℃、F级155℃、H级180℃和H级以上共七个等级。对于散热时的抽风风扇有可能就有这种要求，因为热风要经过风扇，因而温升不能超过风扇的耐热等级。目前市面上，以Y、A、E、B等级的风扇较为常见。因而设计风扇散热时，尽量选用送风方式的强制对流

6、其他细节。比如包装方式，线长、连接器类型和颜色等。这也是需要关注的细节，防止出现纰漏，影响生产。

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