軸流式風(fēng)扇和離心式風(fēng)扇區(qū)別 風(fēng)扇的EMI和噪聲問題

　　作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技術(shù)支持工程師

當(dāng)涉及到處理系統(tǒng)中的多余熱量時(shí)，風(fēng)扇是一種常用的熱管理解決方案，用于清除不必要的熱量，并為關(guān)鍵部件提供冷卻空氣。除了限制系統(tǒng)功率、增加散熱器或利用管道或冷卻板之外，往往還需要產(chǎn)生加壓氣流來進(jìn)一步冷卻機(jī)件。

風(fēng)扇有軸流式或離心式兩種設(shè)計(jì)，工程師必須在這兩者之間做出選擇。雖然這不是一個(gè)怎么復(fù)雜的決定，但亦有一基本信息需要了解。本文旨在概要性介紹每種類型風(fēng)扇的基本工作原理，討論其常見的應(yīng)用和用途，并總結(jié)各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

軸流式風(fēng)扇基礎(chǔ)和應(yīng)用

有時(shí)被稱為螺旋槳風(fēng)扇，軸流風(fēng)扇的特點(diǎn)是有傾斜的葉片安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（或軸）上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。軸流風(fēng)扇的工作原理是將空氣從一端抽進(jìn)，并以與軸線平行的方向?qū)⑵鋸牧硪欢舜党觯▓D 1）。管裝式軸流或翼軸式風(fēng)扇是另外兩個(gè)常見的術(shù)語，它們只是指旨在適應(yīng)管道的軸流式風(fēng)扇。

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圖 1：軸流風(fēng)扇的基本氣流方向。（圖片來源：CUI Devices）

軸流風(fēng)扇幾乎有任何尺寸，從板級(jí)到房間大小，雖然功率與尺寸相關(guān)，但通常不需要太大的功率來操作。它們分交流和直流兩種版本，交流風(fēng)扇利用線路電流，通常額定電壓超過 100 V，而直流風(fēng)扇承載的電壓則低得多，在 3 至 48 V 范圍內(nèi)，通常由電池或電源驅(qū)動(dòng)。

軸流風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流是高容量的，但壓力低。這種高容量、低壓力的輸出使之非常適用于冷卻設(shè)備和大小空間，因?yàn)闅饬鞅痪鶆虻胤植荚谝粋€(gè)確定的區(qū)域。軸流風(fēng)扇常用于冷卻計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)中心設(shè)備，在 HVAC、AC 冷凝器或熱交換裝置中使用，并用于工業(yè)系統(tǒng)的定點(diǎn)冷卻。它們也可以作為排氣扇使用。

離心式風(fēng)扇基礎(chǔ)和應(yīng)用

離心式風(fēng)扇也被稱為徑向風(fēng)扇或離心風(fēng)機(jī)，其特點(diǎn)是葉輪包含在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪轂中，將空氣吸入殼內(nèi)，然后從與進(jìn)氣口成 90 度角（垂直）的出口排出（圖 2）。

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圖 2：離心式風(fēng)扇的基本氣流方向。（圖片來源：CUI Devices）

作為高壓力、低容量的輸出設(shè)備，離心式風(fēng)扇基本上是在風(fēng)扇外殼內(nèi)對空氣進(jìn)行加壓，從而產(chǎn)生穩(wěn)定、高壓的氣流，但與軸流式風(fēng)扇相比，其容量較有限。因?yàn)樗鼈儚囊粋€(gè)出口排出空氣，所以它們是針對特定區(qū)域的氣流的理想選擇，可冷卻系統(tǒng)中產(chǎn)生較多熱量的特定部分，如功率 FET、DSP 或 FPGA。與其對應(yīng)的軸流產(chǎn)品類似，它們也有交流和直流版本之分，有一系列的尺寸、速度和封裝選擇，但通常消耗的功率更多。其封閉式設(shè)計(jì)確實(shí)為各種運(yùn)動(dòng)部件提供了一些額外的保護(hù)，使它們成為可靠、耐用和抗損傷的選擇。

離心式和軸流式風(fēng)扇都會(huì)產(chǎn)生可 聞和電磁噪聲，但離心式設(shè)計(jì)往往比軸流式型號(hào)更響。由于這兩種風(fēng)扇設(shè)計(jì)都使用電機(jī)，EMI 效應(yīng)會(huì)影響敏感應(yīng)用中的系統(tǒng)性能。

離心風(fēng)扇的高壓、低容量輸出最終使其成為管道或管道系統(tǒng)等集中區(qū)域的理想氣流（圖 3），或用于通風(fēng)和排氣。這意味著它們特別適合用于空調(diào)或干燥系統(tǒng)，而前面提到的額外耐用性可以允許它們在處理微粒、熱空氣和氣體的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。在電子應(yīng)用方面，離心式風(fēng)扇由于其扁平的外形和較高的方向性（排出氣流與進(jìn)氣口成 90 度），通常用于筆記本電腦。

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圖 3：管道系統(tǒng)中使用的離心式風(fēng)扇。（圖片來源：CUI Devices）

風(fēng)扇的 EMI 和噪聲問題

風(fēng)扇產(chǎn)生的電磁干擾 (EMI) 是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮因素，要在早期就考慮到。所有的風(fēng)扇都會(huì)產(chǎn)生來自風(fēng)扇本身的輻射 EMI 或來自電源線的傳導(dǎo) EMI。電機(jī)磁鐵和定子繞組產(chǎn)生的非封閉式磁場 (UMF) 也會(huì)導(dǎo)致干擾。雖然是應(yīng)用特定的，但如在設(shè)計(jì)早期階段就仔細(xì)考慮，后期將會(huì)節(jié)省時(shí)間和金錢。一般來說，直流電扇比交流電扇產(chǎn)生的 EMI 要少。

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圖 4：軸流風(fēng)扇往往比離心風(fēng)扇產(chǎn)生更少的噪聲。（圖片來源：CUI Devices）

另一個(gè)應(yīng)用特定的設(shè)計(jì)考慮是風(fēng)扇產(chǎn)生的可聞噪聲。噪聲因應(yīng)用、元器件的密度、在系統(tǒng)中的位置、風(fēng)扇的大小、移動(dòng)的空氣量、使用的軸承類型等而各不相同。風(fēng)扇中的軸承不僅影響發(fā)出聲音，而且會(huì)影響其壽命和潛在的應(yīng)用性能?？陕勗肼曂ǔ？梢酝ㄟ^更好的風(fēng)扇位置、機(jī)械隔離，或使用進(jìn)氣格柵或出氣導(dǎo)葉來緩解。一般有這樣一個(gè)好的經(jīng)驗(yàn)法，即 CFM 或空氣流量越高，則可聞噪聲就越大。也就是說，如果 CFM 額定值差不多，但一個(gè)風(fēng)扇較大，另一個(gè)風(fēng)扇較小，那么較大的風(fēng)扇通常會(huì)讓解決方案整體更安靜。綜上所述，軸流式風(fēng)扇設(shè)計(jì)通常比離心式更安靜。

最終比較

為了幫助厘清思路，這里是對軸流式和離心式風(fēng)扇的各種優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和特性做一快速比較。最佳選擇決定完全取決于預(yù)期的應(yīng)用、可用的空間和最終系統(tǒng)的整體散熱要求。

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圖 5：軸流式和離心式風(fēng)扇基本特征比較。（圖片來源：CUI Devices）

結(jié)語

使用軸流式風(fēng)扇或離心式風(fēng)扇可以有效地降低產(chǎn)生不必要熱量的電子元器件的溫度。通過多年的使用和不斷的改進(jìn)，這兩種風(fēng)扇都已在各自的領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。CUI Devices 提供各種框架尺寸和額定風(fēng)量的直流軸流風(fēng)扇和離心風(fēng)扇，可幫助工程師滿足特定熱管理要求。