轴流式风扇和离心式风扇区别风扇的EMI和噪声问题

　　作者：Ryan Smoot，CUI Devices 技术支持工程师

当涉及到处理系统中的多余热量时，风扇是一种常用的热管理解决方案，用于清除不必要的热量，并为关键部件提供冷却空气。除了限制系统功率、增加散热器或利用管道或冷却板之外，往往还需要产生加压气流来进一步冷却机件。

风扇有轴流式或离心式两种设计，工程师必须在这两者之间做出选择。虽然这不是一个怎么复杂的决定，但亦有一基本信息需要了解。本文旨在概要性介绍每种类型风扇的基本工作原理，讨论其常见的应用和用途，并总结各自的优点和缺点。

轴流式风扇基础和应用

有时被称为螺旋桨风扇，轴流风扇的特点是有倾斜的叶片安装在一个旋转轴（或轴）上，由电机驱动。轴流风扇的工作原理是将空气从一端抽进，并以与轴线平行的方向将其从另一端吹出（图 1）。管装式轴流或翼轴式风扇是另外两个常见的术语，它们只是指旨在适应管道的轴流式风扇。

图 1：轴流风扇的基本气流方向。（图片来源：CUI Devices）

轴流风扇几乎有任何尺寸，从板级到房间大小，虽然功率与尺寸相关，但通常不需要太大的功率来操作。它们分交流和直流两种版本，交流风扇利用线路电流，通常额定电压超过 100 V，而直流风扇承载的电压则低得多，在 3 至 48 V 范围内，通常由电池或电源驱动。

轴流风扇产生的气流是高容量的，但压力低。这种高容量、低压力的输出使之非常适用于冷却设备和大小空间，因为气流被均匀地分布在一个确定的区域。轴流风扇常用于冷却计算机或数据中心设备，在 HVAC、AC 冷凝器或热交换装置中使用，并用于工业系统的定点冷却。它们也可以作为排气扇使用。

离心式风扇基础和应用

离心式风扇也被称为径向风扇或离心风机，其特点是叶轮包含在电机驱动的轮毂中，将空气吸入壳内，然后从与进气口成 90 度角（垂直）的出口排出（图 2）。

图 2：离心式风扇的基本气流方向。（图片来源：CUI Devices）

作为高压力、低容量的输出设备，离心式风扇基本上是在风扇外壳内对空气进行加压，从而产生稳定、高压的气流，但与轴流式风扇相比，其容量较有限。因为它们从一个出口排出空气，所以它们是针对特定区域的气流的理想选择，可冷却系统中产生较多热量的特定部分，如功率 FET、DSP 或 FPGA。与其对应的轴流产品类似，它们也有交流和直流版本之分，有一系列的尺寸、速度和封装选择，但通常消耗的功率更多。其封闭式设计确实为各种运动部件提供了一些额外的保护，使它们成为可靠、耐用和抗损伤的选择。

离心式和轴流式风扇都会产生可闻和电磁噪声，但离心式设计往往比轴流式型号更响。由于这两种风扇设计都使用电机，EMI 效应会影响敏感应用中的系统性能。

离心风扇的高压、低容量输出最终使其成为管道或管道系统等集中区域的理想气流（图 3），或用于通风和排气。这意味着它们特别适合用于空调或干燥系统，而前面提到的额外耐用性可以允许它们在处理微粒、热空气和气体的恶劣环境中运行。在电子应用方面，离心式风扇由于其扁平的外形和较高的方向性（排出气流与进气口成 90 度），通常用于笔记本电脑。

图 3：管道系统中使用的离心式风扇。（图片来源：CUI Devices）

风扇的 EMI 和噪声问题

风扇产生的电磁干扰 (EMI) 是一个重要的设计考虑因素，要在早期就考虑到。所有的风扇都会产生来自风扇本身的辐射 EMI 或来自电源线的传导 EMI。电机磁铁和定子绕组产生的非封闭式磁场 (UMF) 也会导致干扰。虽然是应用特定的，但如在设计早期阶段就仔细考虑，后期将会节省时间和金钱。一般来说，直流电扇比交流电扇产生的 EMI 要少。

图 4：轴流风扇往往比离心风扇产生更少的噪声。（图片来源：CUI Devices）

另一个应用特定的设计考虑是风扇产生的可闻噪声。噪声因应用、元器件的密度、在系统中的位置、风扇的大小、移动的空气量、使用的轴承类型等而各不相同。风扇中的轴承不仅影响发出声音，而且会影响其寿命和潜在的应用性能。可闻噪声通常可以通过更好的风扇位置、机械隔离，或使用进气格栅或出气导叶来缓解。一般有这样一个好的经验法，即 CFM 或空气流量越高，则可闻噪声就越大。也就是说，如果 CFM 额定值差不多，但一个风扇较大，另一个风扇较小，那么较大的风扇通常会让解决方案整体更安静。综上所述，轴流式风扇设计通常比离心式更安静。