【導讀】當涉及到處理系統中的多余熱量時，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，并為關鍵部件提供冷卻空氣。除了限制系統功率、增加散熱器或利用管道或冷卻板之外，往往還需要產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，討論其常見的應用和用途，并總結各自的優點和缺點。
軸流式風扇特性和應用
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軸（或軸）上，由電機驅動。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將其從另一端吹出（圖1）。管裝式軸流或翼軸式風扇是另外兩個常見的術語，它們是指為適應管道應用而設計的軸流式風扇。
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，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，通常由電池或電源驅動。
軸流風扇產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備和大小空間，因為氣流被均勻地分布在一個確定的區域。軸流風扇常用于冷卻計算機或數據中心設備，在HVAC、AC冷凝器或熱交換裝置中使用，并用于工業系統的定點冷卻。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動的輪轂中，將空氣吸入殼內，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、低容量的輸出設備，離心式風扇基本上是在風扇外殼內對空氣進行加壓，從而產生穩定、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域的氣流的理想選擇，可冷卻系統中產生較多熱量的特定部分，如功率FET、DSP或FPGA。與其對應的軸流產品類似，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生可聞和電磁噪聲，但離心式設計往往比軸流式型號更響。由于這兩種風扇設計都使用電機，EMI效應會影響敏感應用中的系統性能。
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等集中區域的理想氣流（圖3），或用于通風和排氣。這意味著它們特別適合用于空調或干燥系統，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境中運行。在電子應用方面，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
風扇產生的電磁干擾 (EMI) 是一個重要的設計考慮因素，要在早期就考慮到。所有的風扇都會產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生的非封閉式磁場 (UMF) 也會導致干擾。雖然是應用特定的，但如在設計早期階段就仔細考慮，后期將會節省時間和金錢。一般來說，直流電扇比交流電扇產生的EMI要少。
圖4：軸流風扇往往比離心風扇產生更少的噪聲。（圖片來源：CUI Devices）
另一個應用特定的設計考慮是風扇產生的可聞噪聲。噪聲因應用、元器件的密度、在系統中的位置、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出聲音，而且會影響其壽命和潛在的應用性能。可聞噪聲通常可以通過更好的風扇位置、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用、可用的空間和最終系統的整體散熱要求。
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
使用軸流式風扇或離心式風扇可以有效地清除電子系統中不必要熱量，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域獨領風騷。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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