風(fēng)扇選型計(jì)算方法

1、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)：上最好的空氣流動(dòng)效率最小的適合尺寸*最小的噪音最小的耗電量孑最大的可靠度與使用壽命才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

2、：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)揮最大的功能與最長(zhǎng)的使用年限。下列幾個(gè)方式，可用來選擇一般用的風(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。三1EQLIFMLMJWATTS以下為基本的熱轉(zhuǎn)換方程式:H=CpXWAT其中H=熱

3、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=CFMKD其中D=空氣密度經(jīng)由代換后，我們得到：QjxDxAT再由轉(zhuǎn)換因子（conversionfactors）CFM=3160X千瓦/然后得到下列方程式：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:QCCFM)-L76xP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)部溫開（華氏）Tc:允許內(nèi)部溫開（攝氏）DT=DT1與DT2之溫差溫升與所需風(fēng)量之換算表009xPA7/0.05XPMeKWhDTDTC/0.511.522.533.544.5550901835537088105123141

4、158176458120395978981171371561761954072224466881101321541761952203563255075100125151176201226251305429598811714617620523426429325453575105141176211246281316351203644881321762202643083513964391527591171762342933514104695275861018881762643514395276157047918795917635152770487910551230140615821758例一：設(shè)備內(nèi)

5、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：Q=416x500（小必）_“CFM州或0.09x500(附加)_c?/20-'/Min.例二：設(shè)備內(nèi)部消耗電功率為500瓦，溫差為攝氏10度：Oh05x500(wi?f_2s舷3/jQi/Mt乩步驟二：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,以英時(shí)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最大風(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)

6、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IR）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)扇之最佳運(yùn)作點(diǎn)。SystemImpcxkjJiccCurvesops.操作工作點(diǎn)TheiniiFrsrorioflwfair，雹IwinosWiikpHiuecim¥ii'ilhllwsjMemimp?出m虺irw林ciillpdthefgrnhni+1gmIhi、袖.*小不thecondnionwuhtenpwiH

7、KRi.-*AIRFLOWfCFMh在工作點(diǎn)，風(fēng)扇特性曲線之變化斜率為最小，而系統(tǒng)特性曲線之變化率為最低。注意此時(shí)的風(fēng)扇靜態(tài)效率（風(fēng)量x風(fēng)壓一耗電）為最隹化。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。選擇最佳風(fēng)扇的例子：例一：圖一為典型SUNOND散熱扇60X60X25mm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6CFM或20CFM如果該系統(tǒng)之阻抗對(duì)于氣流在A點(diǎn)會(huì)造成0.16口寸水柱或C點(diǎn)0.04口寸水柱的靜壓質(zhì)。如果該系統(tǒng)因改良而運(yùn)作于B點(diǎn)，

8、則風(fēng)扇可輸送12CFM而靜壓僅0.09口寸水柱。圖一：60X60X25mm中速風(fēng)扇之特性曲線InmHoAIRFLOW05W1$»29CFM一R工Eyglxn5mwaEL口-ilcfl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15CF颯量在0.05時(shí)水柱靜壓，則靜壓降與風(fēng)量曲線之交點(diǎn)應(yīng)通過B點(diǎn)，因此風(fēng)扇在零靜壓時(shí)可輸送18CFM已足夠冷卻之需。因此最后的安排是選用低速風(fēng)扇。圖二：60X60X25mm低、中速風(fēng)扇之特性曲線I向.HQAlftFLOWo5K）博期NBCFM如圖二依圖表說明，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

9、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40X40X6mm曲線三）、30X30X6mm曲線二卜25乂25X6mm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口寸水柱而需要2CFM勺風(fēng)量來冷卻，建議你使用40X6mmD（M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口寸水柱,并需要0.85CFM的風(fēng)量來冷卻，有兩種風(fēng)扇可供選擇：40X6mm30X6mm（請(qǐng)參考操彳工作點(diǎn)A）。另一種用來冷卻具有高系統(tǒng)阻抗之系統(tǒng)的選擇為小型DC鼓風(fēng)扇。圖三：40X4

10、0X6mm與30X30X6mm風(fēng)扇之特性曲線InchhoAIRFLOW-QzIWCEngs山Hdu_350T234sCFM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WflfLCW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)扇在幾乎完全自由送風(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FLOW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

11、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)到最高的效果。噪音值SUNO閑扇的噪音是在背景噪音低于15dBA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)(SoundPressureLevel)依背景因素而定，與音能級(jí)(SoundPowerLevel)由下列公式表示之：SPL=20log10P/Pref及SWL=10log10VFWref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

12、征兆所示：3 dBA幾乎沒有感覺5 dBA感覺出來10 dBA感覺兩倍大聲響噪音程度：020dBA很微弱2040dBA微弱4060dBA中度6080dBA大聲80100dBA很大聲100140dBA震耳欲聾如何達(dá)成低噪音下列五項(xiàng)準(zhǔn)則提供風(fēng)扇使用者最佳方法，以降低噪音至最?。? .系統(tǒng)阻抗：(SystemImpedance)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處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最小，系統(tǒng)阻抗必須減至最低程度。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

13、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)量與允許的溫開成反比。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

14、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)及精確的制造與平衡。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）OC值:I仃低電壓激活*第三條導(dǎo)線方形波經(jīng)一晶體管放大后輸出（開集極回路型，opencollectortype）TM:<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0.52.2V（5V風(fēng)扇）或0.56V（12V風(fēng)扇）OCM<TM型之輸出線路為晶體管之集極（開集極設(shè)計(jì)）Vcc=+30max*lc=10mAmax*Vce(sat)7l.5VmaxVc