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轴流式风扇vs离心式风扇:电子系统散热,该选谁?

作者:时间:2022-10-24来源:DigiKey收藏

当涉及到处理系统中的多余热量时,是一种常用的热管理解决方案,用于清除不必要的热量,并为关键部件提供冷却空气。除了限制系统功率、增加散热器或利用管道或冷却板之外,往往还需要产生加压气流来进一步冷却机件。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202210/439457.htm


有轴流式或离心式两种设计,工程师必须在这两者之间做出选择。虽然这不是一个怎么复杂的决定,但亦有一些基本信息需要了解。本文旨在概要性介绍每种类型的基本工作原理,讨论其常见的应用和用途,并总结各自的优点和缺点。


轴流式风扇特性和应用


轴流式风扇有时被称为螺旋桨风扇,轴流风扇的特点是有倾斜的叶片安装在一个旋转轴(或轴)上,由电机驱动。轴流风扇的工作原理是将空气从一端抽进,并以与轴线平行的方向将其从另一端吹出(图1)。管装式轴流或翼轴式风扇是另外两个常见的术语,它们是指为适应管道应用而设计的轴流式风扇。


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图1:轴流风扇的基本气流方向。(图片来源:CUI Devices)


轴流风扇几乎有任何尺寸,从板级到房间大小,虽然功率与尺寸相关,但通常不需要太大的功率来操作。它们分交流和直流两种版本,交流风扇利用线路电流,通常额定电压超过 100V,而直流风扇承载的电压则低得多,在3V至48V范围内,通常由电池或电源驱动。


轴流风扇产生的气流是高容量的,但压力低。这种高容量、低压力的输出使之非常适用于冷却设备和大小空间,因为气流被均匀地分布在一个确定的区域。轴流风扇常用于冷却计算机或数据中心设备,在HVAC、AC冷凝器或热交换装置中使用,并用于工业系统的定点冷却。它们也可以作为排气扇使用。


离心式风扇特性和应用


离心式风扇也被称为径向风扇或离心风机,其特点是叶轮包含在电机驱动的轮毂中,将空气吸入壳内,然后从与进气口成90度角(垂直)的出口排出(图2)。


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图2:离心式风扇的基本气流方向。(图片来源:CUI Devices)


作为高压力、低容量的输出设备,离心式风扇基本上是在风扇外壳内对空气进行加压,从而产生稳定、高压的气流,但与轴流式风扇相比,其容量较有限。因为它们从一个出口排出空气,所以它们是针对特定区域的气流的理想选择,可冷却系统中产生较多热量的特定部分,如功率FET、DSP或FPGA。与其对应的轴流产品类似,它们也有交流和直流版本之分,有一系列的尺寸、速度和封装选择,但通常消耗的功率更多。其封闭式设计确实为各种运动部件提供了一些额外的保护,使它们成为可靠、耐用和抗损伤的选择。


离心式和轴流式风扇都会产生可闻和电磁噪声,但离心式设计往往比轴流式型号更响。由于这两种风扇设计都使用电机,EMI效应会影响敏感应用中的系统性能。


离心风扇的高压、低容量输出最终使其成为管道或管道系统等集中区域的理想气流(图3),或用于通风和排气。这意味着它们特别适合用于空调或干燥系统,而前面提到的额外耐用性可以允许它们在处理微粒、热空气和气体的恶劣环境中运行。在电子应用方面,离心式风扇由于其扁平的外形和较高的方向性(排出气流与进气口成90度),通常用于笔记本电脑。


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图3:管道系统中使用的离心式风扇。(图片来源:CUI Devices)


风扇的EMI和噪声问题


风扇产生的电磁干扰 (EMI) 是一个重要的设计考虑因素,要在早期就考虑到。所有的风扇都会产生来自风扇本身的辐射EMI或来自电源线的传导 EMI。电机磁铁和定子绕组产生的非封闭式磁场 (UMF) 也会导致干扰。虽然是应用特定的,但如在设计早期阶段就仔细考虑,后期将会节省时间和金钱。一般来说,直流电扇比交流电扇产生的EMI要少。


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图4:轴流风扇往往比离心风扇产生更少的噪声。(图片来源:CUI Devices)


另一个应用特定的设计考虑是风扇产生的可闻噪声。噪声因应用、元器件的密度、在系统中的位置、风扇的大小、移动的空气量、使用的轴承类型等而各不相同。风扇中的轴承不仅影响发出声音,而且会影响其寿命和潜在的应用性能。可闻噪声通常可以通过更好的风扇位置、机械隔离,或使用进气格栅或出气导叶来缓解。一般来说,有一个判断可闻噪声大小的经验,即CFM或空气流量越高,则可闻噪声就越大。也就是说,如果CFM额定值差不多,但一个风扇较大,另一个风扇较小,那么较大的风扇通常会让解决方案整体更安静。综上所述,轴流式风扇设计通常比离心式更安静。


两种风扇综合比较


为了帮助大家厘清思路,这里是对轴流式和离心式风扇的各种优点、缺点和特性做一快速比较。最佳选择决策完全取决于预期的应用、可用的空间和最终系统的整体散热要求。


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图5:轴流式和离心式风扇基本特征比较。(图片来源:CUI Devices)


本文小结


使用轴流式风扇或离心式风扇可以有效地清除电子系统中不必要热量,降低电子元器件的温度。通过多年的使用和不断的改进,这两种风扇都已在各自的领域独领风骚。CUI Devices提供各种框架尺寸和额定风量的直流轴流风扇和离心风扇,可帮助工程师满足特定热管理要求。


来源:

作者:Ryan Smoot



关键词: DigiKey 风扇

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