散热风扇原理（散热风扇知识基础介绍）

风扇的分类：散热风扇通常分为以下三类： 1 轴流式：气流出口方向与轴心方向相同。

2 离心式：利用离心力作用将气流沿着叶片向外甩出。

3 混流式：拥有以上两种气流方式。

风扇的分类：

散热风扇通常分为以下三类：

1 轴流式：气流出口方向与轴心方向相同。

2 离心式：利用离心力作用将气流沿着叶片向外甩出。

3 混流式：拥有以上两种气流方式。

散热风扇的原理

原理：风扇的工作原理是按能量转化来实现的，即：电能→电磁能→机械能→动能。其电路原理一般分为多种形式，采用的电路不同，风扇的性能就会有差异。

轴流式风扇的组成：

扇框、扇叶、轴承、 PCB控制电路、驱动电机

贝富美直流散热风扇 5020 系列散热风扇

转速：

转速指风扇旋转的速度，通常以 1 分钟内转动的圈数来衡量，即： rpm。转速与机电绕线匝数、线径、扇叶叶轮外径与底径，叶片形状及所用轴承等因素有关，转速增大，风量相应增大。

转速值的大小，在一定程度上代表了风量的大小，在条件一定时，转速越大，则噪音及振动会相应加大，因此，在风量满足散热要求的情况下，应尽量使用低转速风扇。一般转速大小（以 DC轴流风扇为例）： 2510 风扇 7000～12000rpm； 3010 风扇 5000～9000rpm； 4010 风扇 5000～

7000rpm；5010 风扇 3500～5000rpm；6025 风扇 2600～ 4500rpm； 7025 风扇2400～3600rpm；8025风扇 2000～3500rpm；9225风扇 1600～3100rpm；12025风扇 1500～ 2500rpm； 12038 风扇2000～ 3200rpm。

风扇转速可在启动电脑时通过 BIOS测试，或通过其他主板自带的监控软件测试；也可以通过转速测试仪测试。注意：前两种方式必须是支持测速功能的风扇才能测出。风扇的轴承系统：风扇的轴承系统一般建议最好选用滚珠轴承，因为扇热风扇的寿命通常取决于其轴承的可靠性，滚珠轴承系统已被证实具有高效率与低生热的特点。滚珠轴承属滚动摩擦，由金属珠滚动，接触面小，摩擦系数小；而含油轴承为滑动摩擦，接触面大，长期使用后，油会挥发，轴承容易磨损，摩擦系数大，后期噪音较大，寿命短。品质好的风扇除了通风量大、风压高以外，可靠性也是非常重要的，风扇使用的轴承形式在此显得非常重要。高速风扇一律使用滚珠轴承（ Ball bearing ）而低速风

扇则使用成本低廉的含油轴承（ Sleeve bearing ）。含油轴承风扇只用一个轴承；而滚珠轴承风扇都需要两个轴承，单滚珠轴承，是“1 Ball 1 Sleeve ”，依然带有含油轴承的成分。比单滚珠更高级的是双滚珠轴承，即 Two Balls 。含油轴承寿命一般为 10000 小时，单滚珠轴承为 30000 小时，双滚珠轴承为 50000 小时以上（环境温度均设定在25℃以下时）。风扇使用的含油轴承由铜基粉末烧结而成，使用含油轴承需加润滑油以减少滑动摩数 , 润滑油由锂基润滑脂加特制机油调制而成。随着长时间的运转，轴承内的机油会挥发而变干，摩擦系数增大，风扇运转受影响，可能出现异音，转速偏慢甚至不转现象。而滚珠轴承由滚动摩擦取代了滑动摩擦，摩擦系数小并克服了摩擦系数容易变的缺点，因而运转稳定性强，寿命相对要长得多。直流风扇规格和特性当您在选择风扇的时候 , 以下的相关知识将给您提供有利的参考 , 真正让您选择到符合自已使用风扇产品 .

一、风扇规格的选择： 1，扇框外型尺寸的选择：

1-1]【长25×宽25×厚10mm】: 行业简

称2510

1-2]【长40×宽40×厚20mm】: 行业简

称

4020

1-3]【长60×宽60×厚15mm】: 行业简

称

6015

1-4]【长80×宽80×厚25mm】: 行业简

称8025

1- 5 ]【长120×宽120×厚 25mm】: 行业简称 12025

1- 6 ] 12032【长120×宽120×厚 32mm】 : 行业简称 12032 等

1- 7）以上风扇外型尺寸都有不同的螺丝孔距和螺丝孔径之分

如上图所示说明 : 风扇外型尺寸为此60×60×15mm简（称谓 6015 风扇）, 螺丝径为Ф 4.4mm,孔距为 50.0mm。

2，扇框和扇叶塑胶材料及颜色选择 :

2- 1）扇框 扇叶 : 为 PBT 原料白色（塑胶热变形温度230℃）

2- 2）扇框 扇叶 : 为 PBT 原料黑色（塑胶热变形温度230℃）

2- 3）扇框 扇叶 : 为 PC 原料透明（塑胶热变形温度120℃）

2 -4）扇框 扇叶 : 为 PC 原料加不同色粉形成外观颜色等（塑胶热变形温度120℃） 8025 直流散热风扇 BF8025 系列 bf&m

3，风扇机械轴承系统的选择

3- 1 ］双滚珠防尘结构【 2 个滚珠轴承( Bearing )＋ S420 铁轴心＋防尘结构设计】防尘结构设计

◆优点 : a) 风扇运转转速较稳定 , 风扇安装不同的位置方面不会改变风扇的转速

b) 相对使用寿命较长

C) 生产加工装配容易

◆ 缺点

a) 成本较高

3- 2 ］单滚珠防尘结构【一个滚珠轴承( Bearing )＋含油轴承( Sleeve )＋ S420铁轴心＋防尘结构设计】◆ 优点 :

a) 风扇运转转速较稳定 , 风扇安装不同的位置方面不会改变风扇的转速 b) 相对使用寿命适中

◆ 缺点

a) 成本高

b) 加工难度要求高 , 制程及使用过程中易产生异音

3- 3 ］防尘液压顶心定磁风扇【回油槽含油轴承(

Sleeve )＋ S420 铁轴心＋防尘结构设计】含油轴承顶心设计

回油系统设计防尘结构设计固态磁体

◆ 优点 :

a) 成本偏高

b) 相对使用寿命适中

C) 内外防尘设计 , 定磁顶心运转及内部回油循环系统设计 , 延长风扇使用寿命

◆ 缺点

a) 加工难度精度要求相当高

3-4 ］防尘液压磁悬浮风扇【回油槽含油轴承(

Sleeve )＋ S420 铁轴心＋防尘结构设计】

防尘结构设计

含油轴承

S420 轴心 密封结构 回油槽没计

◆ 优点 :

a) 成本适中

b) 相对使用寿命适中

C) 内外防尘设计 , 内部回油循环系统设计 , 延长风扇使用寿命 ◆ 缺点

a) 加工难度精度要求相当高 4，风扇线材的选择：

4- 1) 线材规格型号 常规分线 :

常规并线 ? UL2468 24AGW 并 线线材等级 :80 ℃ ,300V, 最大导体阻抗 ? UL2468 24 AGW 并 线线材等级 :80 ℃ ,300V, 最大导体阻抗 ? UL1095 28AGW 并 线线材等级 :80 ℃ ,300V, 最大导体阻抗

4- 2) 常用端子规格型号 JST 2.5(2P) JST 2.5(3P) 2510(2P) 2510(3P) JST 2.0(2P) JST 2.0(3P)

Molex1.25(2P) Molex1.25(3P) Molex5264(3P)

杜邦 2.54(3P) SMH250(2P) AMP MAT-100

4- 3) 导线长度表示方式 导线长度 焊锡长度 有端风扇的导线长度算法及标示 无端风扇的导线长度算法及标示

5， 依送风方式，轴流扇和离心扇

5- 1 ］轴流扇：最广泛的形式就是用轴流风扇(也就是最普遍的那种风扇)向下鼓风，之所 以这么流行是因为综合效果好且成本低廉。如果把轴流风扇的方向反过来，就变成向上抽 风，在某些特别型号的散热器中会采用这种形式。两种送风形式的差别在于气流形式的不 同，鼓风时产生的是紊流，风压大但容易受到阻力损失；抽风时产生的是层流，风压小但 气流 稳定。理论上说，紊流的散热效率比层流大得多，因此才成为主流设计形式。轴流风机 虽然应用广泛，但是也存在固有的缺陷。轴流风机受电机位置的阻挡，气流不能流畅通 过鼓风区域的中部，这称为“死区”。

UL1007 24AGW 线 材等级 :80 ℃,300V,

UL1007 26AGW 线 材等级 :80 ℃,300V,

UL1095 28AGW 线 材等级 :80 ℃,300V,

UL1571 28AGW 线 材等级 :80 ℃,30V, 最大导体阻最大导体阻抗 最大导体阻抗 最大导体阻抗 28.3 Ω/KFT,20 ℃ 45.2 Ω/KFT,20 ℃ 6.64 Ω/KFT,20 ℃ 6.64 Ω/KFT,20 ℃ 28.3 Ω/KFT,20 ℃

45.2 Ω/KFT,20 ℃ 6.64 Ω/KFT,20 ℃

?正转【逆时针方向，出风方向为风扇正背面方向】?反转【顺时针方向，出风方向为风扇出口方向】5- 2 ］离心扇【 Blower 】：离心风扇是与轴流风机完全不同鼓风形式，也逐渐开始使用在 CPU

散热当中，通常被电脑用户称为“涡轮风扇”。这种风扇的优越之处在于很好地解决了“死区”问题。离心风扇与传统风扇的不同之处是其叶片旋转是在垂直的平面内进行的，进风口位于风扇的侧面。散热器底面接收到的气流分布较均匀。

离心风扇的鼓风方向上没有障碍物，所以在各个位置都有同样的气流。同时它的风压和风量

的调节范围也更大，转速控制的效果更好。负面的影响噪音大。

? 正转【逆时针方向，出风口出风】

? 反转【顺时针方向，出风口进风】

二、风扇电气特性基本项目 :

1］依风扇使用额定电压和电压使用范围选择 1-1 ］DC5V 【使用电压范围： 4.5V ～ 5.5V 】 1-2 ］DC12V 【使用电压范围： 10.2V ～13.8V 】 1-3 ］ DC24V 【使用电压范围： 20.4V ～27.6V 】 1-4 ］DC48V 【使用电压范围： 43V～52V】 1-5）一些特殊额定电压和电压使用范围要求之规格等 2 ）风扇起动电压要求起动电压的定义 : 能使风扇在最低电压下正常运转时的电压。起动电压越小就意味着风扇的静磨擦系数小 , 风扇运转及转速越顺畅和稳定 , 选择好风扇是需对此项有特别要求。

3］风扇运转额定电流要求在额定电压下风扇稳定工作运转时的电流【电流表示符号：I ，单位:A （安培）,1A ＝ 1000mA】。在能确保散热效能情况下，电流越小越好，也就消耗能源越少, 同时也利风扇的

使用寿命。

4］风扇运转额定转速要求【转速单位:RPM】

4-1 ］超高转速（表示该风扇在安全使用的条件下的正常最高转速）

4-2 ］高转速

4-3 ］中转速

4-4 ］低转速

4-5 ］超低转速（表示该风扇在额定电压下能持续正常运转的最低转速）

5］风扇自动恢复起动功能要求

该功能为将风扇转子锁定，风扇电流瞬间由大变小（近视为零 A）进行锁定，放开转子，转子处于停止状态，过几秒钟（停止状态时间的长短由 IC 本身常规设计或特别需求作设计调整）后由 IC 内部自动释放导能电压将风扇重新恢复工作，风扇转子开始由停止状态开始正常运转。

◆该功能主要为防止安装使用过程中风扇转子受外界因素的原因导致转子被卡死或风扇出现死角，常时间受大电流的影响而引起风扇烧毁。

6］风扇噪音要求【单位为分贝 dB（A）】

风扇噪音是使用者最为关注的项目 , 在满足散热的前题条件下 , 一般噪音要求越小越好。风扇噪音与摩擦力、空气流动有关。风扇转速越高、风量越大，造成的噪音也会越大，另外风扇自身的震动也是不可忽视的因素。当然高品质的风扇的自身震动会很小，但前面两个者却是难以克服的。要解决这

个问题，我们可以尝试使用尺寸较大的风扇。应在在风量相同的情况下，大风扇在较低转速时的工作噪声要小于小风扇在高转速时的工作噪声。另外一个我们容易忽略的因素是风扇的轴承。

由于风扇高速转动时转轴和轴承之间要摩擦碰撞，所以也是风扇噪声的一个主要来源。噪音的测试标准以 Microphone 至 Fan1M距离测试所得（如下图所示）, 特殊要求的将会缩短之间的距离。7］风扇风量 &风压要求

风扇的风量 &风压是决定散热效能的主要因素 , 常风扇外型规格定下来后 , 风扇的特性重点要求就是风量 &风压,决不是风扇转速 ,通常人们都会误解了这重点 ,开始使用 A 厂家的风扇转速为作2400RPM,只要 B 厂家的风扇也为 2400RPM 就可以了 , 这样做完全是错误的。如 A 厂家 4028 风扇转速为 8000RPM,风量为 30CFM,风压为 15mmHO2 额, 定电流为 0.16A, 噪音为 30dB；那 B 厂家的4028 风扇转速为 7500RPM风量为 32CFM,风压为 15.6mmHO2 ,额定电流为 0.14A, 噪音为 30dB；从数值来看 ,B 厂家的参数会优于 A 厂家的 , 且 B 厂家的 7500RPM 的风扇完全可以与 A 厂家的8000RPM 风扇代用（其它品质一致前题下）, 所以我们选择风扇不是看规格转速 , 而是看风量 &风压。

7.1 风量：风量就是每分钟风和送出或吸入空气的体积［单位 M3/min（ft3/min）, 每分钟多少立方米（立方英尺）］。（CFM 或 CMM）

7.2 风压：风压就是风扇克服阻力进行送风时所需要产生的压力，分为静压和动压。静压是指平行于气流方向测量到的压力，动压是气体流动所需动能转化为压力的过程［单位:mm/H2O

（inch/H2O）, 风压水柱多少毫米（英寸）］。

风量 &风压测试设备（风洞）风扇的特性（P&Q）曲线

三、风扇特性控制方式选择：

1］二条线一般控制输出【电压大小可控制风扇转速快慢】

1.2 线风扇分为有端和无端（裸线）两种接线方式，端子型号规格、线材正负极性方向及线规由使用者指定。一般引线采用两种颜色线材，红色和黑色；红色线接电源的正极电压，黑色线接电源的负极电压。

2］FG 信号控制输出【电压大小可控制风扇转速，第三条FG 信号线可提供方波频率信号

给设备来侦测其风扇转速实值】

2.1 线 FG 信号输出风扇分为有端和无端（裸线）两种接线方式，端子型号规格、线材、正负极性方向及线规由使用者指定。一般引线采用三种颜色线材，红色、黑色和白色（黄色等），红色线接电源的正极电压，黑色线接电源的色极电压，另外第三条引线 FG 信号线，FG 信号线颜色常规为白、黄两种；（接线电路图如下）。

Ic

R≥V（FG）/Ic Ic ＝ 10mA（ Max.）

◆FG 信号输出波形图：

3］三条线（RD 信号控制）输出【正（＋）/ 负（－）极电源，电压大小可控制风扇转速 , 第三条线可提供一个电频信号给设备侦测（报警 / 指示方式等）该风扇是否正常工作运转】 3.1 线 RD 信号输出风扇分为有端和无端（裸线）两种接线方式，端子型号规格、线材正负极性方向及线规由使用者指定。一般引线采用三种颜色线材，红色、黑色和白色（蓝色等），红色线接电源的正极电压。

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