【導讀】當涉及到處理系統(tǒng)中的多余熱量時，風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)生加壓氣流來進一步冷卻機件。
風扇有軸流式或離心式兩種設(shè)計，工程師必須在這兩者之間做出選擇。雖然這不是一個怎么復雜的決定，但亦有一些基本信息需要了解。本文旨在概要性介紹每種類型風扇的基本工作原理，討論其常見的應(yīng)用和用途，并總結(jié)各自的優(yōu)點和缺點。
軸流式風扇特性和應(yīng)用
軸流式風扇有時被稱為螺旋槳風扇，軸流風扇的特點是有傾斜的葉片安裝在一個旋轉(zhuǎn)軸（或軸）上，由電機驅(qū)動。軸流風扇的工作原理是將空氣從一端抽進，并以與軸線平行的方向?qū)⑵鋸牧硪欢舜党觯▓D1）。管裝式軸流或翼軸式風扇是另外兩個常見的術(shù)語，它們是指為適應(yīng)管道應(yīng)用而設(shè)計的軸流式風扇。
圖1：軸流風扇的基本氣流方向。（圖片來源：CUI Devices）
軸流風扇幾乎有任何尺寸，從板級到房間大小，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，交流風扇利用線路電流，通常額定電壓超過 100V，而直流風扇承載的電壓則低得多，在3V至48V范圍內(nèi)，通常由電池或電源驅(qū)動。
軸流風扇產(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，因為氣流被均勻地分布在一個確定的區(qū)域。軸流風扇常用于冷卻計算機或數(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)的定點冷卻。它們也可以作為排氣扇使用。
離心式風扇特性和應(yīng)用
離心式風扇也被稱為徑向風扇或離心風機，其特點是葉輪包含在電機驅(qū)動的輪轂中，將空氣吸入殼內(nèi)，然后從與進氣口成90度角（垂直）的出口排出（圖2）。
圖2：離心式風扇的基本氣流方向。（圖片來源：CUI Devices）
作為高壓力、低容量的輸出設(shè)備，離心式風扇基本上是在風扇外殼內(nèi)對空氣進行加壓，從而產(chǎn)生穩(wěn)定、高壓的氣流，但與軸流式風扇相比，其容量較有限。因為它們從一個出口排出空氣，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)計確實為各種運動部件提供了一些額外的保護，使它們成為可靠、耐用和抗損傷的選擇。
離心式和軸流式風扇都會產(chǎn)生可聞和電磁噪聲，但離心式設(shè)計往往比軸流式型號更響。由于這兩種風扇設(shè)計都使用電機，EMI效應(yīng)會影響敏感應(yīng)用中的系統(tǒng)性能。
離心風扇的高壓、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)境中運行。在電子應(yīng)用方面，離心式風扇由于其扁平的外形和較高的方向性（排出氣流與進氣口成90度），通常用于筆記本電腦。
圖3：管道系統(tǒng)中使用的離心式風扇。（圖片來源：CUI Devices）
風扇的EMI和噪聲問題
風扇產(chǎn)生的電磁干擾 (EMI) 是一個重要的設(shè)計考慮因素，要在早期就考慮到。所有的風扇都會產(chǎn)生來自風扇本身的輻射EMI或來自電源線的傳導 EMI。電機磁鐵和定子繞組產(chǎn)生的非封閉式磁場 (UMF) 也會導致干擾。雖然是應(yīng)用特定的，但如在設(shè)計早期階段就仔細考慮，后期將會節(jié)省時間和金錢。一般來說，直流電扇比交流電扇產(chǎn)生的EMI要少。
圖4：軸流風扇往往比離心風扇產(chǎn)生更少的噪聲。（圖片來源：CUI Devices）
另一個應(yīng)用特定的設(shè)計考慮是風扇產(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、風扇的大小、移動的空氣量、使用的軸承類型等而各不相同。風扇中的軸承不僅影響發(fā)出聲音，而且會影響其壽命和潛在的應(yīng)用性能。可聞噪聲通?？梢酝ㄟ^更好的風扇位置、機械隔離，或使用進氣格柵或出氣導葉來緩解。一般來說，有一個判斷可聞噪聲大小的經(jīng)驗，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，但一個風扇較大，另一個風扇較小，那么較大的風扇通常會讓解決方案整體更安靜。綜上所述，軸流式風扇設(shè)計通常比離心式更安靜。
兩種風扇綜合比較
為了幫助大家厘清思路，這里是對軸流式和離心式風扇的各種優(yōu)點、缺點和特性做一快速比較。最佳選擇決策完全取決于預期的應(yīng)用、可用的空間和最終系統(tǒng)的整體散熱要求。
圖5：軸流式和離心式風扇基本特征比較。（圖片來源：CUI Devices）
本文小結(jié)
使用軸流式風扇或離心式風扇可以有效地清除電子系統(tǒng)中不必要熱量，降低電子元器件的溫度。通過多年的使用和不斷的改進，這兩種風扇都已在各自的領(lǐng)域獨領(lǐng)風騷。CUI Devices提供各種框架尺寸和額定風量的直流軸流風扇和離心風扇，可幫助工程師滿足特定熱管理要求。
來源：DigiKey
作者：Ryan Smoot
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