散熱風扇基礎知識摘要

來源:網絡  發布時間:2016-12-19  點擊:

散熱器都需要通過風扇的強製對流來加快熱量的散失,因此一款風扇的好壞,對整個散熱效果起到了決定性的作用。配備一個性能優良的CPU風扇也是保證整部電腦順利運轉的關鍵因素之一。DC風扇運轉原理: 根據安培右手定則,導體通過電流,周圍會產生磁場,若將此導體置於另一固定磁場中,則將產生吸力或斥力,造成物體移動。在直流風扇的扇葉內部,附著一事先充有磁性之橡膠磁鐵。環繞著矽鋼片,軸心部份纏繞兩組線圈,並使用霍爾感應組件作為同步偵測裝置,控製一組電路,該電路使纏繞軸心的兩組線圈輪流工作。矽鋼片產生不同磁極,此磁極與橡膠磁鐵產生吸斥力。當吸斥力大於虱扇的靜摩擦力時,扇葉自然轉動。由於霍爾感應組件提供同步信號,扇葉因此得以持續運轉,至於其運轉方向,可依佛萊明右手定則決定。
AC風扇運轉原理: AC風扇與DC風扇的區別。前者電源為交流,電源電壓會正負交變,不像DC風扇電源電壓固定,必須依賴電路控製,使兩組線圈輪流工作才能產生不同磁場。AC風扇因電源頻率固定,所以矽鋼片產生的磁極變化速度,由電源頻率決定,頻率愈高磁場切換速度愈快,理論上轉速會愈快,就像直流風扇極數愈多轉速愈快的原理一樣。不過,頻率也不能太快,太快將造成激活困難。我們電腦散熱器上應用的都是DC風扇。而一般一款好的風扇主要考察風量、轉速、噪音、使用壽命長短、采用何種扇葉軸承等。
下文將對這些參數分別加以說明。
風量是指風冷散熱器風扇每分鍾排出或納入的空氣總體積,如果按立方英尺來計算,單位就是CFM;如果按立方米來算,就是CMM。散熱器產品經常使用的風量單位是CFM(約為0.028立方米/分鍾)。50×50×10mm CPU風扇一般會達到10 CFM,60×60×25mm風扇通常能達到20-30的CFM。在散熱片材質相同的情況下,風量是衡量風冷散熱器散熱能力的最重要的指標。顯然,風量越大的散熱器其散熱能力也越高。這是因為空氣的熱容比率是一定的,更大的風量,也就是單位時間內更多的空氣能帶走更多的熱量。當然,同樣風量的情況下散熱效果和風的流動方式有關。風量和風壓風量和風壓是兩個相對的概念。一般來說,要設計風扇的風量大,就要犧牲一些風壓。如果風扇可以帶動大量的空氣流動,但風壓小,風就吹不到散熱器的底部(這就是為什麽一些風扇轉速很高,風量很大,但就是散熱效果不好的原因)。相反的,風壓大、風量就小,沒有足夠的冷空氣與散熱片進行熱交換,也會造成散熱效果不好。一般鋁質鰭片的散熱片要求風扇的風壓足夠大,而銅質鰭片的散熱片則要求風扇的風量足夠大;鰭片較密的散熱片相比鰭片較疏的散熱片,需要更大風壓的風扇,否則空氣在鰭片間流動不暢,散熱效果會大打折扣。所以說不同的散熱器,廠商會根據需要配合適當風量、風壓的風扇,而並不是單一追求大風量或者高風壓的風扇。
風扇轉速是指風扇扇葉每分鍾旋轉的次數,單位是rpm。風扇轉速由電機內線圈的匝數、工作電壓、風扇扇葉的數量、傾角、高度、直徑和軸承係統共同決定。轉速和風扇質量沒有必然的聯係。風扇的轉速可以通過內部的轉速信號進行測量,也可以通過外部進行測量(外部測量是用其它儀器看風扇轉的有多快,內部測量則直接可以到Bioses裏看,也可以通過軟件看。內部測量相對來說誤差大一些)。 ? 因為隨著環境溫度的變化,有時需要不同轉速風扇來滿足需求。一些廠商特意設計出可調節風扇轉速的散熱器,分手動和自動兩種。手動的主要是讓用戶可以在冬天使用低轉速獲得低噪音,夏天時使用高轉速獲得好的散熱效果。自動類調溫散熱器一般帶有一個溫控感應器,能夠根據當前的工作溫度(如散熱片的溫度)自動控製風扇的轉速,溫度高則提高轉速,溫度低則降低轉速,以達到一個動態的平衡,從而讓風噪與散熱效果保持一個最佳的結合點。
風扇噪音 除了散熱效果之外,風扇的工作噪音也是人們普遍關注的問題。風扇噪音是風扇工作時產生雜音的大小,受多方麵因素影響,單位為分貝(dB)。測量風扇的噪聲時需要在噪聲小於17dB的消音室中進行,距離風扇一米,並沿風扇轉軸的方向對準風扇的進氣口,采用A加權的方式進行測量。風扇噪聲的頻譜特性也很重要,因此還需要用頻譜儀記錄風扇的噪聲頻率分布情況,一般要求風扇的噪聲要盡量的小,而且不能存在異音。風扇噪音與摩擦力、空氣流動有關。風扇轉速越高、風量越大,造成的噪音也會越大,另外風扇自身的震動也是不可忽視的因素。當然高品質的風扇的自身震動會很小,但前麵兩個者卻是難以克服的。要解決這個問題,我們可以嚐試使用尺寸較大的風扇。應在在風量相同的情況下,大風扇在較低轉速時的工作噪聲要小於小風扇在高轉速時的工作噪聲。
另外一個我們容易忽略的因素是風扇的軸承。由於風扇高速轉動時轉軸和軸承之間要摩擦碰撞,所以也是風扇噪聲的一個主要來源。
風扇噪音的來源是因為:
1.振動假如風扇轉子轉動時轉子的物理質心與轉軸慣性中心不在同一軸上,便會造成轉子的不平衡。轉子的物理質心與轉軸慣性中心的最近距離稱為偏心距,轉子不不衡造成偏心距,當轉子轉動時由於離心力的作用產生一作用力於轉軸支架而形成振動,且振動經由基路徑傳遞到機械各部份。
2.風噪風扇工作時,由於葉片周期性地承受出口不均勻氣流的脈動力作用,產生噪聲;另一方麵,由於葉片本身及葉片上壓力的不均勻分布,轉動時對周圍氣體及零件的擾動也構成旋轉噪聲;此外由於氣體流經葉片時產生湍流附層麵、旋渦及旋渦脫離,引起葉片上壓力分布的脈動而產生渦流噪聲。這三種原因所引起的噪音可以綜合性地稱為“切風噪音”,一般風量風壓大的風扇,其切風噪聲也較大。
3.異音風噪聽起來隻有單純的風聲,而異音則不同,風扇運轉時,除風聲外,若還有其它聲音發出,即可判斷風扇出現了異音。異音可能因軸承內有異物或變形,以及組裝不當而出現碰撞,或電機繞組纏繞不均,造成鬆脫,都可能產生異音。風扇的使用壽命風扇的使用壽命是指散熱器產品正常工作的無故障工作時間,優質產品的使用壽命一般都能達到幾萬小時。在價格和性能差不多的情況下,選擇使用壽命長的產品顯然更能保護我們的投資。
風扇的壽命由電機壽命、使用環境、電力供應等各方麵因素所組成。送風形式最廣泛的形式就是用軸流風機(也就是最普遍的那種風扇)向下鼓風,之所以這麽流行是因為綜合效果好且成本低廉。如果把軸流風機的方向反過來,就變成向上抽風,在某些特別型號的散熱器中會采用這種形式。兩種送風形式的差別在於氣流形式的不同,鼓風時產生的是紊流,風壓大但容易受到阻力損失;抽風時產生的是層流,風壓小但氣流穩定。理論上說,紊流的換熱效率比層流大得多,因此才成為主流設計形式。但是氣流的運動與散熱片也有直接關係。在某些散熱片設計中(比如過於緊密的鰭片),氣流受散熱片阻礙非常大,此時采用抽風可能會有更好的效果。至於采用側麵鼓風的設計,通常不會和頂部鼓風的效果有什麽差別。而比較有效的改進方法是建立CPU專用的散熱風道,這樣便不會受到CPU附近熱空氣的影響,相當於降低了環境溫度。
軸流風機雖然應用廣泛,但是也存在固有的缺陷。軸流風機受電機位置的阻擋,氣流不能流暢通過鼓風區域的中部,這稱為“死區”。而在典型的散熱片上,恰恰中部鰭片的溫度最高。由於存在這種矛盾,采用軸流風機時,散熱片的散熱效果並不充分。
離心風機是與軸流風機完全不同鼓風形式,也逐漸開始使用在CPU散熱當中,通常被電腦用戶稱為“渦輪風扇”。這種風扇的優越之處在於很好地解決了“死區”問題。離心風扇與傳統風扇的不同之處是其葉片旋轉是在垂直的平麵內進行的,進風口位於風扇的側麵。散熱器底麵接收到的氣流分布較均勻。離心風機的鼓風方向上沒有障礙物,所以在各個位置都有同樣的氣流。同時它的風壓和風量的調節範圍也更大,轉速控製的效果更好。負麵的影響和大功率軸流風機一樣——價格高、噪音大。改進風道設計另外一種解決風力盲區的辦法是改變風扇的出風方向。傳統的散熱器安裝方式是氣流朝下,即垂直於CPU。改進風道設計之後,風扇改為側向吹風,讓氣流的方向平行於CPU。側向吹風的首要好處是徹底解決風力盲區,因為氣流是平行通過散熱鰭片的,氣流截麵的四條邊上的氣流速度最快,而CPU的發熱點正好位於一條邊上。這樣CPU散熱底座吸收的熱量可以被及時帶走。另外一個好處是沒有反彈的風壓(通常向下吹風時,一部分氣流衝至散熱底麵並反彈,這會影響散熱器內的氣流運動方向,使的熱交換的效率受到損失)。熱交換效率要高於向下吹風
微型散熱風扇的分類:
1.按散熱風扇的工作電壓分:交流散熱風扇(AC FAN);直流散熱風扇(DC FAN)
2.按散熱風扇的驅動馬達分:無刷直流散熱風扇(DC BRUSHLESS FAN);有刷刷直流散熱風扇(DC BRUSH FAN);無刷交流散熱風扇(AC BRUSHLESS FAN)。
3.按風扇電機軸承係統分:含油軸承型(SLEEVE BEARING);滾珠軸承型(BALL BEARING);陶瓷納米軸承型(CERAMIC NANOMETER BEARING)。
4.按汽流方向分:軸流型風扇(AXAL FAN);離心型風扇(BLOWER FAN);橫流風扇(CROSS FAN)。
隨著技術的發展,在水中用的防水風扇也隨著產生了,這算得上是風扇曆史上的一個裏程碑!

分享此案例返回

產品中心成功案例新聞中心關於我們服務範圍聯係我們

相關新聞

上海AG亚游平台電子有限公司

AG亚游平台二維碼.png

上海AG亚游平台電子有限公司上海市 奉賢區 海拓路19號
總機:021-64348099傳真:021-64343288