風扇選型計算方法

1、如何選擇正確的風扇或鼓風扇所有需要使用風扇散熱的電機與電子產品的設計工程師，必須決定一個特定系統(tǒng)散熱所需的風量，而所需的風量取決于了解系統(tǒng)的耗電量及是否能帶走足夠的熱量，以預防系統(tǒng)過熱的情形發(fā)生。事實顯示，系統(tǒng)的使用年限會由于冷卻系統(tǒng)的不足而降低，所以設計工程師也應該明白，系統(tǒng)的銷售量與價格，可能因為系統(tǒng)的使用年限不符使用者的預期而下降。欲選擇正確的通風組件，必須考慮下列目標：上最好的空氣流動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選擇正確散熱扇或鼓風扇的重要步驟，可幫你達成上述幾個目標。步驟一：總冷卻需求首先必須了解三個關鍵因素以得到總冷卻需求

2、：必須轉換的熱量（即溫差DT），）抵消轉換熱量的瓦特數（W）移除熱量所需的風量（CFM）總冷卻需求對于有效地運作系統(tǒng)甚為重要。有效率的系統(tǒng)運作必須提供理想的運作條件，使所有系統(tǒng)內的組件均能發(fā)揮最大的功能與最長的使用年限。下列幾個方式，可用來選擇一般用的風扇馬達：1 .算出設備內部產生的熱量。2 .決定設備內部所能允許的溫度上升范圍。3 .從方程式計算所需的風量。4 .估計設備用的系統(tǒng)阻抗。5 .根據目錄的特性曲線或規(guī)格書來選擇所需的風扇。如果已知系統(tǒng)設備內部散熱量與允許的總溫度上升量，可得到冷卻設備所需的風量。三1EQLIFMLMJWATTS以下為基本的熱轉換方程式:H=CpXWAT其中H=熱

3、轉換量Cp=空氣比熱T=設備內上升的溫度W=流動空氣重量我們已知W=CFMKD其中D=空氣密度經由代換后，我們得到：QjxDxAT再由轉換因子（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:冷卻所需的風量P:設備內部散熱量（即設備消耗的電功率）Tf:允許內部溫開（華氏）Tc:允許內部溫開（攝氏）DT=DT1與DT2之溫差溫升與所需風量之換算表009xPA7/0.05XPMeKWhDTDTC/0.511.522.533.544.5550901835537088105123141

4、158176458120395978981171371561761954072224466881101321541761952203563255075100125151176201226251305429598811714617620523426429325453575105141176211246281316351203644881321762202643083513964391527591171762342933514104695275861018881762643514395276157047918795917635152770487910551230140615821758例一：設備內

5、部消耗電功率為500瓦，溫差為華氏20度，下列為其計算結果：Q=416x500（小必）_“CFM州或0.09x500(附加)_c?/20-'/Min.例二：設備內部消耗電功率為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)特性曲線空氣流動時，氣流在其流動路徑會遇上系統(tǒng)內部零件的阻擾，其阻抗會限制空氣自由流通。壓力的變化即測量到的靜壓,以英時水柱表示。為了確認每一槽排（slot）之冷卻瓦特數，系統(tǒng)設計或制造廠商不但必須有風扇的有效風扇特性曲線以決定其最大風量，而且必須知道系統(tǒng)的風阻曲線。系統(tǒng)內部的零件會造成風壓的損失。此損失因風

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Q=風量（立方IR）n=擾流因素，1<n<2平層氣流時，n=1亂流氣流時，n=2步驟三：系統(tǒng)操作工作點系統(tǒng)特性曲線與風扇特性曲線的交點，稱為系統(tǒng)操作工作點，該工作點即風扇之最佳運作點。SystemImpcxkjJiccCurvesops.操作工作點TheiniiFrsrorioflwfair，雹IwinosWiikpHiuecim¥ii'ilhllwsjMemimp?出m虺irw林ciillpdthefgrnhni+1gmIhi、袖.*小不thecondnionwuhtenpwiH

7、KRi.-*AIRFLOWfCFMh在工作點，風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。注意此時的風扇靜態(tài)效率（風量x風壓一耗電）為最隹化。設計時應考慮項目：1 .保持空氣流動盡量不受阻擾，入風口與出風口保持暢通。2 .引導氣流垂直通過系統(tǒng)，以確保氣流順暢而提升冷卻效率。3 .如需加裝空氣濾網，應考慮其增加的空氣流動阻力。選擇最佳風扇的例子：例一：圖一為典型SUNOND散熱扇60X60X25mm的特性曲線。此風扇可能操作在A點或C點，分別可輸送6CFM或20CFM如果該系統(tǒng)之阻抗對于氣流在A點會造成0.16口寸水柱或C點0.04口寸水柱的靜壓質。如果該系統(tǒng)因改良而運作于B點，

8、則風扇可輸送12CFM而靜壓僅0.09口寸水柱。圖一：60X60X25mm中速風扇之特性曲線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扇，但其轉速比特性曲線一低。如果系統(tǒng)僅需要15CF颯量在0.05時水柱靜壓，則靜壓降與風量曲線之交點應通過B點，因此風扇在零靜壓時可輸送18CFM已足夠冷卻之需。因此最后的安排是選用低速風扇。圖二：60X60X25mm低、中速風扇之特性曲線I向.HQAlftFLOWo5K）博期NBCFM如圖二依圖表說明，從一種風扇改用另一種風扇的結論。當然有時可能甚至選用尺

9、寸較小的風扇，如果系統(tǒng)阻抗能充分地減低，也可以獲得相同的風量。例三：如圖三所示，為40X40X6mm曲線三）、30X30X6mm曲線二卜25乂25X6mm曲線一）中轉速DC風扇之特性曲線。情況一：假如系統(tǒng)阻抗為0.025口寸水柱而需要2CFM勺風量來冷卻，建議你使用40X6mmD（M扇。（請參考B點運作）情況二:假如有更多組件加進系統(tǒng)且（或）外形變得更密實時，將產生更多的系統(tǒng)阻抗?，F在假設系統(tǒng)阻抗上升至0.038口寸水柱,并需要0.85CFM的風量來冷卻，有兩種風扇可供選擇：40X6mm30X6mm（請參考操彳工作點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鼓風扇。圖三：40X4

10、0X6mm與30X30X6mm風扇之特性曲線InchhoAIRFLOW-QzIWCEngs山Hdu_350T234sCFM并聯與串聯運作并聯運作就是并列使用兩個或兩個以上的風扇。并聯風扇與單獨風扇的運作曲線圖WflfLCW兩個風扇并聯所產生的風量體積，僅在自由空間條件下，為單一風扇風量的兩倍，而當并聯風扇應用于較高系統(tǒng)阻抗的情況時，系統(tǒng)阻抗愈高，并聯風扇所能增加的風量愈低。因此，并聯的應用僅在低系統(tǒng)阻抗的情況下建議使用，即風扇在幾乎完全自由送風的情況下運作。串聯風扇與單獨風扇的運作曲線圖FLOW串聯運作就是串行使用兩個或兩個以上的風扇。兩個風扇串聯產生的靜壓，在零風量條件下可達兩倍，但在自由空

11、間的情況下，并不能增加風量。多加一個串聯風扇,在較高靜壓之系統(tǒng)，可增加風量。因此，串聯運作對高系統(tǒng)阻抗的系統(tǒng)，可達到最高的效果。噪音值SUNO閑扇的噪音是在背景噪音低于15dBA無回響室中所測量。待測風扇在自由空氣中運轉，距入風口一米處置一噪音計。音壓級(SoundPressureLevel)依背景因素而定，與音能級(SoundPowerLevel)由下列公式表示之：SPL=20log10P/Pref及SWL=10log10VFWref其中P=音壓Pref=基準音壓W=音源的噪音能量Wref=音源的噪音能量風扇的噪音值通常以音壓級(SPL)之倍頻帶繪出。分貝(dBA)的改變所形成的效應，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震耳欲聾如何達成低噪音下列五項準則提供風扇使用者最佳方法，以降低噪音至最小：1 .系統(tǒng)阻抗：(SystemImpedance)一個機殼的入風口與出風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產生噪音。因此任何阻礙，特別在關鍵的入風口與出風口范

13、圍，必須避免，以降低噪音。3 .風扇轉速與尺寸由于高轉速風扇比低轉速風扇產生較大的噪音，因此應盡可能嘗試及選用低轉速風扇。而一個尺寸較大、轉速較低的風扇，通常比小尺寸、高轉速的風扇，在輸送相同風量時安靜。4 .溫度升高在一個系統(tǒng)內，冷卻所需的風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量。因此，如果對強加之允許溫升的限制略微放松一些，所需風量將可降低，噪音亦可降低。5 .振動有些情形，整個系統(tǒng)的重量很輕，或系統(tǒng)必須按照某種規(guī)定方式運作時，特別建議采用柔軟的隔絕器材，以避免風扇振動的傳遞。6 .電壓變動電壓變動會影響噪音程度。加到風扇的電壓愈高，因轉速升高，振動就愈大，產生的噪

14、音也愈大。7 .設計的考慮：構成風扇的每一零件設計，均會影響噪音程度。下列設計的考慮可達成降低噪音：繞線鐵心的尺寸，扇葉與外框的設計及精確的制造與平衡。建準風扇第三條導線訊號信息1 .風扇之切換驅動電路設計提供轉速的測量：此風扇馬達有三條導線（紅線：+,黑線：，黃線：第三條訊號傳出導線）OC值:I仃低電壓激活*第三條導線方形波經一晶體管放大后輸出（開集極回路型，opencollectortype）TM:<第三條導線方形波經一晶體管放大后輸出M型：*第三條導線方形波未經晶體管放大僅0.52.2V（5V風扇）或0.56V（12V風扇）OCM<TM型之輸出線路為晶體管之集極（開集極設計）Vcc=+30max*lc=10mAmax*Vce(sat)7l.5VmaxVc