散热风扇的介绍课件

風扇的性能與應用 Steven Lin 林適之風扇的性能與應用 Steven Lin 林適之1簡介與基本結構基本結構外框(frame)馬達(hub)(無刷直流)扇葉(impeller)引出線/連接器簡介：風扇是一種產生風量的裝置,它是使用馬達來驅動葉片的轉動,增加流體經過扇葉的速度,經由強制對流達成移熱之效果.簡介與基本結構基本結構簡介：風扇是一種產生風量的裝置,它是使2Ball Bearing風扇爆炸圖1、扣簧2,5、軸承(ball)3、外框4、定子(PCB，矽鋼片+繞線，引出線)6、彈簧7、馬達殼+磁條8、扇葉Ball Bearing風扇爆炸圖1、扣簧3常見軸風扇尺寸-Delta AFB25x25x10mm 30 x30 x10mm 35x35x10mm 40 x40 x15mm 45x45x10mm 50 x50 x15mm 50 x50 x20mm 60 x60 x13mm 60 x60 x15mm 60 x60 x20mm 60 x60 x25.4mm 60 x60 x38mm 70 x70 x13mm 70 x70 x15mm 70 x70 x20mm 70 x70 x25.4mm 70 x70 x38mm 80 x80 x15mm 80 x80 x20mm 80 x80 x25.4mm 92x92x15mm92x92x20mm 92x92x25.4mm 92x92x38mm 120 x120 x25.4mm 120 x120 x38mm 172x150 x25.4mm 172x25.4 常見軸風扇尺寸-Delta AFB25x25x10mm 4風扇的分類風扇的分類-DCAxial Fan 軸流扇軸流扇-air flows axially.Centrifugal Fan(Blower)離心扇離心扇(鼓風扇鼓風扇)-air flows radially.Cross Fan 橫流扇橫流扇-air flows across the axis.風扇的分類-DCAxial Fan 軸流扇Centrifug5輸出與控制輸出PQ-curveNoise/HeatVibration控制FG/RDPWM/Thermistor輸出與控制輸出6外框、扇葉流体特性風扇性能曲線 PQ-curve風量(CFM,M3/min)風壓(mmH2O,inH2O)噪音(dBa)風切聲：空氣與扇葉(外框)摩擦產生氣流擾動產生的噪音外框、扇葉流体特性風扇性能曲線 PQ-curve7轂部(Hub)電氣特性直流無刷馬達電氣特性電流、訊號輸出電流、訊號輸出(RD,FG)、絕緣、反向保護、溫升轉速控制運轉電壓：12V全速運轉；7V低速運轉溫控(thermistor)：轉速自動隨環溫變化PWM(pulse-wide modulation)：增加一組輸入電壓以控制轉速噪音：電磁切換噪音、摩擦異音轂部(Hub)電氣特性直流無刷馬達電氣特性8定子組立-4極(2極)單面印刷PCB電晶体矽鋼片驅動IC徑向繞線絕緣線架定子組立-4極(2極)單面印刷PCB電晶体矽鋼片驅動IC徑向9矽鋼片小邊大邊矽鋼片小邊大邊10Bearing systemLife vs CostTwo Ball Bearing50000/70000hrs/NT16One Ball One Sleeve40000hrs/NT10One Sleeve30000hrs/NT3Fluid dynamic(NB-fan)40000hrsLife is onder 401565%RH continue operationCost estimate by 830 ball and sleeve bearingMTTF&Accelerated Life Testing at 75 0/72/300/600/1000hrs 90%confidenceBearing systemLife vs CostTwo11一般two ball結構一般two ball結構12FGSFGS軸承結構軸承結構FGS軸承結構13皕瑞皕瑞-one ball/one sleeve結構結構皕瑞-one ball/one sleeve結構14PWM or ThermistorFrom AVC websitePWM or ThermistorFrom AVC webs15PWM and ThermistorFrom AVC websitePWM and ThermistorFrom AVC web16決定成本的重要因素軸承:30%830(8),520(11.5),620(?),sleeve(3)830:8外徑;3軸心徑電子零件:30%-額定電壓/電流Driver IC/Hall element(510/2.5)電晶体、二極体、電阻、電容(0.80.1)引出線&連接器(13)其它軸心、矽鋼片、漆包線、葉片、外框決定成本的重要因素軸承:30%17風洞示意圖風洞示意圖18Test point of PQ-curvePmax,Q=0P=0,QmaxP1+1/2V12=P2+1/2V22 Test point of PQ-curvePmax,Q=19System Impedance and Operating PointHigh ImpedanceQQPModerate ImpedanceLow ImpedanceHigh ImpedanceLow ImpedanceHigh P FanHigh Q FanPSystem Impedance and Operating20輸出比較-相同尺寸輸出比較-相同尺寸21Q/Noise與rpm約成正比轉速愈高，風切聲佔噪音的比重愈高Q/Noise與rpm約成正比轉速愈高，風切聲佔噪音的比重愈22P與rpm的平方約成正比P與rpm的平方約成正比23輸出比較-不同尺寸相同PQ，風扇尺寸愈大Noise愈小AFB 7025(3900rpm)(q,p,n)=(36.30,5.52,37.5)AFB 8025(3250rpm)(q,p,n)=(37.43,4.59,28.0)相同厚度，邊(徑)長愈長則Q愈大AFB 7025(3000rpm)(p,q)=(3.15,20.13)AFB 8025(2700rpm)(p,q)=(3.28,31.43)相同邊(徑)長，厚度愈厚則P愈大AFB 7015(2800rpm)(p,q)=(2.27,23.38)AFB 7025(3600rpm)(p,q)=(4.46,24.01)輸出比較-不同尺寸相同PQ，風扇尺寸愈大Noise愈小24Delta8015 AFB vs EFBAFBEFBDelta8015 AFB vs EFBAFBEFB25Delta8015 AFB vs EFB相同P或Q時，EFBAFBDelta8015 AFB vs EFB相同P或Q時，EFB26Fans in Parallel vs.Fans in Serial*理想上P&Q會依風扇的數目成倍數成長。*實際上，並聯與理想較接近，較常使用，如1U。*串聯則因為流場與第二顆風扇形成阻抗，損失較多很少使用。*PSU-FAN與CPU-FAN也是一種串聯。Fans in Parallel vs.Fans in S27均勻流場示意圖PQ-curve是在風洞模擬理想狀態下量測，空氣在通過風扇前後為均勻流場實際應用時不會有足夠的空間去發展一般的葉片設計進風口的阻擋影響比出風口大均勻流場示意圖PQ-curve是在風洞模擬理想狀態下量測，空28非均勻流場示意圖PQ-curve是在風洞模擬理想狀態下量測，空氣在通過風扇前後為均勻流場實際應用時不會有足夠的空間去發展一般的葉片設計進風口的阻擋影響比出風口大非均勻流場示意圖PQ-curve是在風洞模擬理想狀態下量測，29Axial fan(6010)vs Blower(6911)Axial fan(6010)vs Blower(691130軸流扇 vs 鼓風扇軸風扇-高風量低風壓外觀(型式/尺寸)統一，主要在翼形剖面、角度與馬達效能上作變化鼓風扇-高風壓低風量外觀變化較多，翼形剖面較固定，以角度和參考空間許可修改流道與進出風口軸流扇 vs 鼓風扇軸風扇-高風量低風壓31流場示意圖-Blower流場示意圖-Blower32Blower-流道與進出風口Blower-流道與進出風口33Blower葉片設計內/外徑進風後掠角度尾端前傾角度上下的開孔徑翼形Blower葉片設計內/外徑34有效進風截面積與壓縮行程截面積進風口徑-殼徑上下蓋板與葉片的間隙使用軸流扇葉時上方口徑與下方間隙要較大壓縮行程葉徑-進風口徑流道長度有效進風截面積與壓縮行程截面積35PIV-7020-進出風比較進風面出風面PIV-7020-進出風比較進風面出風面36PIV-7020-不同電壓出風口10V11.5V10V11V12VPIV-7020-不同電壓出風口10V11.5V10V11V37進風通暢與出風整流進風維持進風截面積(足夠的空氣源)保持流道的通暢(降低阻抗)出風風口與鰭片留適當空間讓流場發展均勻鰭片方向與氣流方向的搭配鰭片的整流效果-風扇安裝後轉速上升風往阻抗低處流進風通暢與出風整流進風38噪音風壓/風量/尺寸的取捨小量開口換較大的噪音降低平衡與共振減少振動傳導的機會導流罩的喇叭口效應異音軸承系統的摩擦(毛邊)電磁切換(突波與感應)噪音風壓/風量/尺寸的取捨397020-4300rpm-噪音頻譜圖7020-4300rpm-噪音頻譜圖40操作注意要點握持以外框為優，避開葉片或引出線輸入電壓不要超規輸出穩定時間(510min)馬達溫升增加電磁鐵的阻抗降低軸承的摩擦係數操作注意要點握持41可靠度試驗-1Operating VoltageThe distribution of starting voltage 瞬間起動分佈High-Voltage Step Stress 高電壓逐步應力UA class ATemperature rise with lock at ambient 常溫鎖住溫升Temperature rise with running at ambient 常溫運轉溫升Revered apply protection 逆向保護Impedance 絕緣阻抗Dielectric Strength 絕緣耐壓Temperature V.S.MTTF 溫度/壽命可靠度試驗-1Operating Voltage42可靠度試驗-2temperature&humidityStorage test of low temperature 低溫儲存Storage test of high temperature 高溫儲存Low temperature test 低溫運轉Cold start 低溫起動High temperature and humidity 高溫高濕運轉Temperature circling 高低溫循環High-Temperature Step Stress 高溫逐步應力MechanicalDrop 包裝落下Vibration 單體振動Shock 單體衝擊可靠度試驗-2temperature&humidity43