5.6 散熱器的選擇與設(shè)計(jì)
5.6.1散熱器需采用的強(qiáng)迫冷卻方式的判別
對(duì)通風(fēng)條件較好的場(chǎng)合，散熱器表面的熱流密度大于0.039W/cm2而小于0.078W/cm2，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。
對(duì)通風(fēng)條件較惡劣的場(chǎng)合： 散熱器表面的熱流密度大于0.024W/cm2而小于0.078W/cm2，必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷。
5.6.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
5.6.2.1在散熱器表面加波紋齒，波紋齒的深度一般應(yīng)小于0.5mm。
5.6.2.2 增加散熱器的齒片數(shù)。目前國(guó)際上先進(jìn)的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達(dá)到23的高寬比，國(guó)內(nèi)目前高寬比最大只能達(dá)到8。對(duì)能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場(chǎng)合，可采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。
5.6.2.3采用針狀齒的設(shè)計(jì)方式，增加流體的擾動(dòng)，提高散熱齒間的對(duì)流換熱系數(shù)。
5.6.2.4 當(dāng)風(fēng)速大于1m/s(200CFM)時(shí)，可完全忽略浮升力對(duì)表面換熱的影響。
圖9 散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線 圖10 不同通風(fēng)條件下散熱器的最佳齒間距
5.6.2.5 散熱器基板厚度對(duì)散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，圖9表示出了基板厚度的最佳范圍。對(duì)分散式散熱來(lái)講，基板厚度一般為3-6mm為最佳。
5.6.2.6散熱器齒間距的確定：散熱器齒間距的大小與風(fēng)速有較大的關(guān)系，不同通風(fēng)條件，其最佳的齒間距是不一樣的，圖10表示出了常見(jiàn)通風(fēng)風(fēng)速下最佳的齒間距。
5.6.2.7 散熱器齒片厚度的確定：不同的齒片厚度，其對(duì)應(yīng)的齒間距是不一樣的，如圖11所示。
圖11表示出了不同齒厚對(duì)應(yīng)的最佳齒間距。
5.6.2.8 在一定冷卻條件下，所需散熱器的體積熱阻大小按表3進(jìn)行成本確定。
表3 不同冷卻條件下對(duì)應(yīng)的散熱器體積熱阻
冷卻條件
散熱器體積熱阻 ℃－cm3/W
自然冷卻
500-800
1.0m/s(200CFM)
150-250
2.5m/s(500CFM)
80-150
5.0m/s(1000CFM)
50-80
注意：表2只能作為初選散熱器的參考，不能用它來(lái)計(jì)算散熱器的熱阻，散熱器的實(shí)際熱阻需按附錄A提供的方法計(jì)算。
5.6.2.9一定的冷卻體積及流向長(zhǎng)度下，按表4確定散熱器齒片最佳間距的大小
表4 不同冷卻條件及流向長(zhǎng)度與散熱齒片最佳齒間距的關(guān)系
冷卻條件
流向長(zhǎng)度(mm)
75
150
225
300
自然冷卻
6.5
7.5
10
13
1.0m/s(200)
4.0
5.0
6.0
7.0
2.5m/s(500)
2.5
3.3
4.0
5.0
5.0m/s(1000)
2.0
2.5
3.0
3.5
5.6.2.10 不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率 如表5所示，盡可能選用成型簡(jiǎn)單的工藝以降低散熱器的加工成本。
5.6.2.11 散熱器的表面處理
? 安裝元器件的散熱器表面的光潔度Ra≤1.6μm，平面度小于0.1mm。
? 安裝元器件的散熱器表面不能進(jìn)行拉絲處理。
? 散熱器表面原則上不需要任何表面處理，因?yàn)檫M(jìn)行表面處理對(duì)熱性能的改善貢獻(xiàn)較小，而成本增加確實(shí)顯著的。
表5 不同形狀、不同的成型方法的散熱器的傳熱效率
散熱器成型方法
傳熱效率，％
成本參考
沖壓件/光表面散熱器
10－18
低
帶翅片的壓鑄散熱器/常規(guī)鋁型材
15－22
較低
鏟齒散熱器
25－32
較高
小齒間距鋁型材
45－48
高
針裝散熱器/釬焊/錫焊/鏟齒/插片成型散熱器(冷板散熱器)
78－90
很高
5.6.3 風(fēng)冷散熱器的輻射換熱考慮
一般情況下，如果物體表面的溫度低于50℃，可忽略顏色對(duì)輻射換熱的影響。因?yàn)榇藭r(shí)輻射波長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)，處于不可見(jiàn)的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個(gè)良好的發(fā)射體也是一個(gè)良好的吸收體，發(fā)射率和吸收率與物體表面的顏色無(wú)關(guān)。
對(duì)于強(qiáng)迫風(fēng)冷，由于散熱表面的平均溫度較低，一般可忽略輻射換熱的貢獻(xiàn)。
5.6.4 海拔高度對(duì)散熱器的設(shè)計(jì)要求
海拔高度對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷影響的機(jī)理是由于隨著海拔高度的增加，空氣密度減小，空氣分子間碰撞的概率降低，對(duì)流換熱能力減弱。同樣，強(qiáng)迫對(duì)流換熱隨海拔高度的變化最終體現(xiàn)在對(duì)流換熱系數(shù)的變化上，美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低于5000米以下的高空，如果忽略空氣溫度的變化，可按(8)式計(jì)算海拔高度對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷換熱影響的強(qiáng)弱。
hc(高空)＝hc(海平面)(p高空/p海平面)0.8..........................................(8)
hc(高空)，hc(海平面)－分別為高空及海平面的強(qiáng)迫風(fēng)冷對(duì)流換熱系數(shù)，W/m.k
p高空，p海平面－分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡
5.6.5 散熱器散熱量計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式
表6 強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算方法
層流(Ra<105)
紊流(Ra>105)
hc＝(1.1-1.4) λ空氣 0.66Ref 0.5/L
hc＝(1.1-1.4) λ空氣 0.032Ref 0.8/L
為了簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略散熱器的導(dǎo)熱熱阻，即假設(shè)模塊的熱量能夠均勻傳遞到散熱器的各表面，此時(shí)計(jì)算出的散熱量為模塊的最大散熱量：
Q＝hc³F對(duì)流³△t³η……………………………………(9)
hc-----自然對(duì)流換熱系數(shù)，w/m2.k
△t---散熱器臺(tái)面允許溫升，℃
η---散熱器齒片效率(%)
對(duì)直齒肋：
η=th(mb)/(mb)..................................(9-1)
m=(2 hc/λδ0)0.5...............................(9-1-1)
δ0：肋片根部厚度(m)
b: 肋高(m)
如果Q<PD，表明散熱器的設(shè)計(jì)不滿足散熱要求，必須進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
5.6.6強(qiáng)化散熱器散熱效果的措施
5.6.6.1盡可能增大散熱面積，增大散熱面積的途徑有三種：
? 在散熱器表面加波紋齒，波紋齒的深度一般應(yīng)小于0.5mm。
? 加大散熱器尺寸。
? 增加散熱器的齒片數(shù)。目前國(guó)際上先進(jìn)的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達(dá)到23的高寬比，國(guó)內(nèi)目前高寬比最大只能達(dá)到8。對(duì)能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場(chǎng)合，建議采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。
5.6.6.2 盡可能提高流過(guò)散熱器的風(fēng)速，主要有兩種途徑：
? 采用較大流量或壓頭的風(fēng)扇；
? 增加風(fēng)扇的數(shù)量，可采用風(fēng)扇并聯(lián)或串聯(lián)方式。
? 優(yōu)化系統(tǒng)及單板布局，降低系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，提供風(fēng)扇的實(shí)際出力。
5.6.6.3 增加流體擾動(dòng)，提高對(duì)流換熱系數(shù)，如加導(dǎo)流條等。
5.7風(fēng)扇的選擇與安裝的熱設(shè)計(jì)原則
5.7.1多個(gè)風(fēng)扇的安裝位置
由于風(fēng)扇出口風(fēng)速的方向與風(fēng)扇進(jìn)口風(fēng)速方向一般成約45°角，即呈現(xiàn)倒園錐的流場(chǎng)分布，所以在吹風(fēng)應(yīng)用的場(chǎng)合，要求兩個(gè)風(fēng)扇之間最好加一個(gè)隔板或保持一個(gè)風(fēng)扇厚度的間距，以避免兩股流相交而產(chǎn)生的噪音和死區(qū)。
5.7.2風(fēng)扇與最近障礙物間的距離要求
為了避免風(fēng)扇太靠近被冷卻物體而產(chǎn)生噪音，建議在吹風(fēng)應(yīng)用場(chǎng)合，風(fēng)扇與單板風(fēng)道入口至少應(yīng)保持一個(gè)40mm的距離，以大于風(fēng)扇直徑為最佳。圖12、圖13顯示了在吹風(fēng)時(shí)與抽風(fēng)時(shí)，風(fēng)扇與障礙物之間的距離對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響，從圖中可以看出，在吹風(fēng)時(shí)，只有在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于75mm時(shí)其影響才較小，而在抽風(fēng)時(shí)，在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于50mm時(shí)其影響也較小。
圖12：吹風(fēng)時(shí)風(fēng)扇與障礙物之間的距離 圖13：抽風(fēng)時(shí)風(fēng)扇與障礙物之間的距離
對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響 對(duì)風(fēng)扇靜壓曲線的影響
5.7.3消除風(fēng)扇SWIRL影響的措施
由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量SWIRL的影響，加之實(shí)際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流場(chǎng)能夠充分發(fā)展，所以風(fēng)扇后的流場(chǎng)在到達(dá)障礙物時(shí)存在明顯的死區(qū)，如圖14所示。如果不考慮這一點(diǎn)，把功率較大的元器件布置在此處，該元器件極可能應(yīng)過(guò)熱而損壞。為了消除SWIRL的影響，可選擇以下措施：
圖14 風(fēng)扇SWIRL對(duì)流場(chǎng)的影響
5.7.3.1 在風(fēng)扇出口與障礙物之間加整流柵，整流柵厚度大于2mm，強(qiáng)迫流場(chǎng)在經(jīng)過(guò)整流柵后變得非常均勻，如圖15所示。
圖15 加整流柵后(有厚度、無(wú)厚度)流場(chǎng)的變化情況
5.7.3.2 如果不能加整流柵，必須保證風(fēng)扇出口到障礙物間的間距大于于一個(gè)風(fēng)扇的直徑，以使流場(chǎng)能夠充分發(fā)展而變得較均勻。
5.7.3.3 如果以上兩條測(cè)試都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，可通過(guò)仿真分析得出流場(chǎng)的分布圖，再在PCB布局時(shí)避免把損耗較大的元器件布置在死區(qū)。
5.7.4抽風(fēng)條件下對(duì)風(fēng)扇選型的限制
選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進(jìn)出口風(fēng)溫的大小作為限制條件，對(duì)吹風(fēng)條件下，進(jìn)出口風(fēng)溫一般沒(méi)有限制。而對(duì)于抽風(fēng)的情況，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng)，對(duì)風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對(duì)風(fēng)扇廠家，一般均以60℃作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60℃，則溫度每升高5℃，風(fēng)扇壽命下降一半。所以抽風(fēng)條件下，風(fēng)扇選擇應(yīng)遵循以下原則：
5.7.4.1 如果進(jìn)入風(fēng)扇的風(fēng)溫高于60℃時(shí)，應(yīng)考慮選用高溫風(fēng)扇以保證風(fēng)扇的使用壽命。
5.7.4.2 如果進(jìn)入風(fēng)扇的風(fēng)溫低于60℃時(shí)，一般以(60-環(huán)境溫度)℃作為限制條件來(lái)選擇風(fēng)扇。例如：如擬選用的風(fēng)扇廠家所采用的風(fēng)扇壽命MTBF標(biāo)定溫度為60℃，設(shè)備使用的環(huán)境溫度為45℃，則應(yīng)以(60-45)=15℃作為選擇風(fēng)扇風(fēng)量的限制條件。
5.7.5降低風(fēng)扇噪音的原則
風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇的工作點(diǎn)或風(fēng)量有直接關(guān)系，對(duì)于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小，對(duì)于離心風(fēng)機(jī)在高風(fēng)壓，低風(fēng)量的區(qū)域噪音最小，如圖14所示，這和風(fēng)扇的最佳工作區(qū)是吻合的。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)，
5.7.5.1 考慮合適的熱設(shè)計(jì)冗余，保持最佳的熱性能與噪音之比值。一般來(lái)講，稍微降低產(chǎn)品的溫度要求將導(dǎo)致產(chǎn)品噪音戲劇性降低；此外，由于在選擇風(fēng)扇時(shí)總是以產(chǎn)品工作的最嚴(yán)酷的狀態(tài)來(lái)選定風(fēng)扇的型號(hào)，而實(shí)際上產(chǎn)品總是工作在正常的額定功率或半載狀態(tài)下，所以風(fēng)扇的冗余就顯得過(guò)大，噪音也就降不下來(lái)，如果考慮合適的冗余或通過(guò)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就可大大降低產(chǎn)品的噪音水平。
5.7.5.2 盡可能降低系統(tǒng)的流動(dòng)阻力，低的流動(dòng)阻力意味可以選用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，其噪音水平也會(huì)相應(yīng)降低。
圖16 風(fēng)扇靜壓曲線與噪音變化曲線的對(duì)比圖
5.7.5.3 合理調(diào)整系統(tǒng)阻力與風(fēng)扇的匹配，使風(fēng)扇的工作點(diǎn)處于最佳的工作區(qū)域，而在最佳工作區(qū)域內(nèi)風(fēng)扇具有較低的噪音水平。
5.7.5.4 相同的風(fēng)速，推薦選用大一號(hào)的風(fēng)扇更有利于降低系統(tǒng)的噪音。
5.7.5.4 避免把障礙物放在靠近風(fēng)扇的氣流速度較高的區(qū)域。
5.7.5.5 在風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件間加橡膠墊，以消除風(fēng)扇振動(dòng)而產(chǎn)生的噪音。
5.7.5.6 避免風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件共振而產(chǎn)生噪音。
5.7.5.7 把風(fēng)扇安裝在機(jī)箱內(nèi)側(cè)比安裝在外側(cè)噪音小。
5.7.5.8 把障礙物放在風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)側(cè)附近較放在風(fēng)扇的出風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的噪音大。
5.7.5.9風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口受阻擋所產(chǎn)生的噪音比其出風(fēng)口受阻擋產(chǎn)生的噪音大好幾倍，所以一般應(yīng)保證風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口離阻擋物至少30mm的距離，以免產(chǎn)生額外的噪音。
5.7.5.10對(duì)于不得不采用大風(fēng)量，高風(fēng)壓風(fēng)扇從而產(chǎn)生較大噪音的情況，可以在機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、前后門內(nèi)側(cè)、風(fēng)扇框面板、側(cè)板等處在不影響進(jìn)風(fēng)的條件下貼吸音材料，吸音效果較好的材料主要是多孔介質(zhì)，如玻璃棉，厚度越厚越好。
5.7.5.11 有時(shí)由于沒(méi)有合適的風(fēng)機(jī)而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機(jī)，在保證設(shè)計(jì)風(fēng)量的條件下，可以通過(guò)調(diào)整風(fēng)機(jī)的電壓或其他方式降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇的噪音。相應(yīng)的噪音降低變化按下式計(jì)算：
N2 = N1 + 50 log10 (RPM2/RPM1) ……………………………….(10)
5.7.6解決海拔高度對(duì)風(fēng)扇性能影響的措施
分散式散熱的基本思路是合理控制熱設(shè)計(jì)冗余，所以散熱器件的細(xì)微變化可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在工作中應(yīng)器件過(guò)溫而熱損壞。對(duì)風(fēng)扇來(lái)講，隨著海拔高度的增加，風(fēng)扇的性能曲線及系統(tǒng)的阻力曲線均會(huì)發(fā)生變化，如圖17、圖18所示，由于壓力正比于空氣的密度，而空氣的密度隨海拔高度的升高而逐漸降低，所以壓力也會(huì)隨海拔高度的升高而逐漸降低。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)按下式來(lái)進(jìn)行校正：
(P0)altitude = (P0)Sea Level (?altitude/?Sea Level)………………………….…..(12)
圖17 海拔高度對(duì)風(fēng)扇性能曲線的影響
圖18 海拔高度對(duì)系統(tǒng)阻力曲線的影響
5.7.7確定風(fēng)扇型號(hào)的方法
5.7.7.1 先計(jì)算實(shí)際所須風(fēng)量：
q`=Q/(0.335△T)……………………………………………(13)
q`---實(shí)際所需的風(fēng)量，m3/h
Q----散熱量，W
△T-- 空氣的溫升，℃，一般為10－15℃。
5.7.7.3 確定風(fēng)扇的型號(hào)
5.7.7.3.1 按經(jīng)驗(yàn)公式：按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量：
q=(1.5-2)q` 按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號(hào)。
5.7.7.3.2 按確定工作點(diǎn)的方法
把風(fēng)道曲線與風(fēng)扇的靜壓曲線繪在一張圖上，其交點(diǎn)就是風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)量若大于冷卻風(fēng)量，風(fēng)扇即滿足要求，否則重新選擇風(fēng)扇，重復(fù)上面的工作，直到滿足要求為止。
5.7.8吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則
5.7.8.1優(yōu)先采用吹風(fēng)方式，吹風(fēng)有如下優(yōu)點(diǎn)：
5.7.8.1.1風(fēng)量相對(duì)較集中，可以以較大的風(fēng)速針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行集中冷卻。
5.7.8.1.2能夠有效防止風(fēng)扇馬達(dá)過(guò)熱，提高風(fēng)扇的使用壽命。
5.7.8.1.3可以以較大的壓力迫使灰塵不能夠在機(jī)箱內(nèi)聚積，而通過(guò)出風(fēng)口或
縫隙流出，原則上可省掉防塵網(wǎng)。
5.7.8.2只有在以下情況下才選擇抽風(fēng)： 5.7.8.2.1希望流場(chǎng)規(guī)則或呈現(xiàn)層流。
5.7.8.2.2進(jìn)風(fēng)口無(wú)法安裝風(fēng)扇。
5.7.8.2.3不希望風(fēng)扇馬達(dá)加熱空氣而對(duì)后面的元器件產(chǎn)生影響。
5.7.9延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命與降低風(fēng)扇噪音的措施
通常我們?cè)诖_定風(fēng)扇型號(hào)時(shí)，均是按產(chǎn)品工作最惡劣的工況，實(shí)際上產(chǎn)品大部分時(shí)間工作在輕載狀態(tài)，元器件損耗較低，根本不需要風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)由兩個(gè)壞處：(1)系統(tǒng)噪音太大；(2)風(fēng)扇壽命會(huì)較低。為了解決以上問(wèn)題，可選用可調(diào)速風(fēng)扇，通過(guò)監(jiān)測(cè)元器件或散熱器的溫升來(lái)控制風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)。其原理為溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度信號(hào)送回到監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)置的溫度范圍來(lái)判斷風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢，并自動(dòng)調(diào)整風(fēng)扇的電壓來(lái)使風(fēng)扇按規(guī)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。風(fēng)扇的噪音變化可按等式(1)進(jìn)行評(píng)估，而風(fēng)扇的壽命預(yù)計(jì)可按(14)式評(píng)估：
L預(yù)期＝L10³(U額定/U實(shí)際)3³(1/(2(T環(huán)-40)/10))……………………….(14)
5.7.10風(fēng)扇的串列與并聯(lián)
5.7.1 風(fēng)扇的種類
通信產(chǎn)品中運(yùn)用的風(fēng)扇有軸流（Axial）、離心（Radial）、混流（Mixed-flow）三種，它們的典型特性曲線見(jiàn)圖19
圖19 不同類型風(fēng)扇的靜壓曲線
圖中橫坐標(biāo)表示風(fēng)量，單位有m3/h、m3/min、CFM（立方英尺/分鐘，1CFM=4.72X10-4m3/s）?？v坐標(biāo)表示風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓，單位有Pa、inch of water(=249Pa)、mm H2o(=9.8Pa)。由圖中可以看出，要使風(fēng)扇的風(fēng)量越大，其產(chǎn)生的靜壓就越小，用于克服風(fēng)道阻力的能力就越小。
從圖中的對(duì)比可以看出，軸流風(fēng)扇風(fēng)量大、風(fēng)壓低，曲線中間的平坦轉(zhuǎn)折區(qū)為軸流風(fēng)扇特有的不穩(wěn)定工作區(qū)，一般要避免風(fēng)扇工作在該區(qū)域。最佳工作區(qū)在
低風(fēng)壓、大流量的位置（曲線的后1/3段）。如果系統(tǒng)的阻力比較大，也可以利用高風(fēng)壓、低流量的工作區(qū)（曲線的前1/3段），但要注意風(fēng)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)值。離心風(fēng)扇的進(jìn)、出風(fēng)方向垂直，其特點(diǎn)為風(fēng)壓大、風(fēng)量低，最好工作在曲線中壓力較高的區(qū)域。混流風(fēng)扇的特點(diǎn)介于軸流和離心之間，出風(fēng)方向與進(jìn)風(fēng)有一傾斜角度，則風(fēng)量可以立即擴(kuò)散到插框的各個(gè)角落，而且風(fēng)壓與風(fēng)量都比較大，但風(fēng)扇HUB直徑較大，正對(duì)HUB的部分風(fēng)速很低，回流比較嚴(yán)重。
目前公司除極個(gè)別產(chǎn)品采用混流風(fēng)扇外，一般都采用軸流風(fēng)扇。我公司采用的風(fēng)扇產(chǎn)品主要有NMB、PAPST、DELTA、SONON，其中PAPST的風(fēng)扇雖然性能好，但在商務(wù)采購(gòu)上評(píng)級(jí)為D，不推薦采用。NMB用得較多，DELTA樣品供貨較快。
5.7.2 風(fēng)扇與系統(tǒng)的匹配
空氣流過(guò)風(fēng)道將產(chǎn)生壓力損失。系統(tǒng)的壓力損失有沿程阻力損失和局部阻力損失。沿程損失是由氣流相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力及氣流與壁面或單板的摩擦所引起的。局部阻力損失是氣流方向發(fā)生變化或風(fēng)道截面發(fā)生突變所引起的損失。不管哪種損失，均和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的平方成正比，如局部壓力損失由下式計(jì)算
式中為阻力系數(shù)，為空氣密度，v為風(fēng)速。以下是一些典型的局部阻力系數(shù)
表7 典型局部阻力系數(shù)
空氣由環(huán)境大空間進(jìn)入進(jìn)風(fēng)口（流動(dòng)突縮）
1
空氣由出風(fēng)口進(jìn)入環(huán)境大空間（流動(dòng)突擴(kuò)）
1
空氣經(jīng)過(guò)90°轉(zhuǎn)彎
1.5
流通面積率為0.3的通孔板(0.01<板厚/孔徑<0.2)
18
流通面積率為0.5的通孔板(0.01<板厚/孔徑<0.2)
4
流通面積率為0.7的通孔板(0.01<板厚/孔徑<0.2)
1
系統(tǒng)的壓力損失與風(fēng)量呈拋物線關(guān)系，風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓必須克服阻力損失，將風(fēng)扇的特性曲線與系統(tǒng)的特性曲線畫在同一張圖中，兩條曲線的交點(diǎn)即為風(fēng)扇與系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖20所示
圖20 風(fēng)扇與系統(tǒng)的匹配工作點(diǎn)
圖中表明風(fēng)扇在該系統(tǒng)中工作時(shí)的風(fēng)量為35m3/s，產(chǎn)生的靜壓為30Pa，系統(tǒng)的壓力損失為30Pa。如果工作點(diǎn)顯示的風(fēng)量不滿足設(shè)計(jì)要求，則需要選擇其他型號(hào)的風(fēng)扇來(lái)匹配，或設(shè)法降低系統(tǒng)阻力，增加風(fēng)量。
5.7.3 風(fēng)扇的串并聯(lián)
在機(jī)柜/箱中一般為保證送風(fēng)均勻和足夠的風(fēng)量，采用風(fēng)扇并聯(lián)使用的方式。風(fēng)扇并聯(lián)時(shí)的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的橫向疊加，如圖21所示，實(shí)際上一般會(huì)比理想曲線略低。由圖中可以看出，兩個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)使用產(chǎn)生的風(fēng)量并不是僅采用一個(gè)風(fēng)扇時(shí)產(chǎn)生風(fēng)量的兩倍，可能只增加30%，這和系統(tǒng)阻力特性曲線在工作點(diǎn)附近的斜率大小有關(guān)。如果系統(tǒng)阻力較大，阻力特性曲線較陡，當(dāng)風(fēng)扇并聯(lián)的數(shù)目多到一定程度時(shí)，并不能明顯增加風(fēng)量。一般建議橫向上并聯(lián)風(fēng)扇數(shù)目不要超過(guò)3個(gè)，如果插框較寬，可以用4個(gè)，縱向上除非插框很深，一般只用一排。
當(dāng)機(jī)柜/箱的阻力較大時(shí)，可以采用風(fēng)扇串聯(lián)使用的方式。風(fēng)扇串聯(lián)時(shí)的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的縱向疊加，如圖22所示，實(shí)際曲線一般會(huì)比理論曲線略低。
圖21 風(fēng)扇的并聯(lián)特性曲線 圖22 風(fēng)扇的串聯(lián)特性曲線
5.7.4 在實(shí)際安裝情況下風(fēng)扇特性曲線的改變
風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口常常會(huì)受到各種阻擋，
其性能曲線會(huì)發(fā)生變化，如圖23所示。由圖中可以看出，風(fēng)扇的進(jìn)出風(fēng)口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應(yīng)至少有20mm。
圖23 風(fēng)扇特性曲線隨阻擋物的距離發(fā)生的變化
5.8防塵對(duì)產(chǎn)品散熱的影響
由于吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對(duì)灰塵的吸附強(qiáng)弱是不一樣的，因而對(duì)是否安裝防塵網(wǎng)的需求也不一樣。一般來(lái)講，安裝防塵網(wǎng)后，元器件的溫升將升高10－15℃，在決定安裝防塵網(wǎng)的產(chǎn)品，必須考慮10－15℃的熱設(shè)計(jì)冗余。
5.8.1抽風(fēng)方式的防塵措施
對(duì)抽風(fēng)來(lái)講，由于外部壓力大于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵非常容易進(jìn)入模塊并附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的散熱性能及電氣性能，所以，抽風(fēng)條件下，必須安裝防塵網(wǎng)。
5.8.2吹風(fēng)方式下的防塵措施
對(duì)吹風(fēng)來(lái)講，由于外部壓力小于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵即使進(jìn)入模塊內(nèi)部，也不容易附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面上，在壓差的作用下，進(jìn)入模塊內(nèi)部的會(huì)通過(guò)出風(fēng)口或機(jī)箱的縫隙飛出，所有，在吹風(fēng)條件下，實(shí)際上不需要安裝防塵網(wǎng)，這在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的分散式散熱產(chǎn)品都可以得到驗(yàn)證，如APC的50A模塊、Delta的50A模塊等。當(dāng)然，為了照顧特殊應(yīng)用的場(chǎng)合如室外或比較臟的地方，也可以把防塵網(wǎng)作為選件提供給用戶，但選用使用防塵網(wǎng)時(shí)，產(chǎn)品必須降額使用。
如果不加防塵網(wǎng)，散熱器的體積可以減小20％，散熱成本至少可以減少30％，而噪音水平也就更加容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)了。
5.8.3防塵網(wǎng)的選擇方法
5.8.3.1 輸入條件
防塵網(wǎng)的性能需求
防塵網(wǎng)與風(fēng)扇通風(fēng)量的匹配需求
安裝防塵網(wǎng)的許可空間
須滿足的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范（NEBS、ETSI、CE、UL60950）
5.8.3.2 選擇防塵網(wǎng)的布驟
5.8.3.2.1 確定防塵網(wǎng)的尺寸（長(zhǎng)、寬、高）。
5.8.3.2.2 計(jì)算氣流速度
氣流速度＝所須的空氣流量/防塵網(wǎng)的表面積
5.8.3.2.3 確定防塵網(wǎng)的回收方式：一次性使用或可重復(fù)使用。
5.8.3.2.4 根據(jù)防塵網(wǎng)供應(yīng)商提供的初阻力與來(lái)流速度的關(guān)系曲線(數(shù)據(jù)表)來(lái)初步選定防塵網(wǎng)的型號(hào)。
5.8.3.2.5 確定防塵網(wǎng)的型號(hào)及邊框尺寸。
5.8.3.2.6 確定防塵網(wǎng)的顏色。
5.8.3.2.7 確定安裝或拆卸防塵網(wǎng)是否需要專用工具？
5.8.3.2.8 準(zhǔn)備出圖。
熱設(shè)計(jì)規(guī)范下載: 艾默生熱設(shè)計(jì)規(guī)范.pdf
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