冷卻風(fēng)扇的種類

風(fēng)冷散熱原理從熱力學(xué)的角度來(lái)看，物體的吸熱、放熱是相對(duì)的,凡是有溫度差存在時(shí)，就必然發(fā)生熱從高溫處傳遞到低溫處，這是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種現(xiàn)象.而熱傳遞的方式有三種：輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)，其中以熱傳導(dǎo)為最快.我們要討論的風(fēng)冷散熱，實(shí)際上就是強(qiáng)制對(duì)流散熱.對(duì)流換熱是指流體與其相接觸的固體表面或流體，而這具有不同溫度時(shí)所發(fā)生的熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程.熱源將熱量以熱傳導(dǎo)方式傳至導(dǎo)熱介質(zhì)，再由介質(zhì)傳至散熱片基部，由基部將熱量傳至散熱片肋片并通過(guò)風(fēng)扇與空氣分子進(jìn)行受迫對(duì)流,將熱量散發(fā)到空氣中.風(fēng)扇不斷向散熱片吹入冷空氣，流出熱空氣，完成熱的散熱過(guò)程.對(duì)流換熱即受導(dǎo)熱規(guī)律的支配，又受流體流動(dòng)規(guī)律的支配，屬于一種復(fù)雜的傳熱過(guò)程，表現(xiàn)在對(duì)流換熱的影響因素比較多.1.按流體產(chǎn)生流動(dòng)的原因不同，可分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流.按流動(dòng)性質(zhì)來(lái)區(qū)分，有層流和紊流之別.流體從層流過(guò)渡到紊流是由于流動(dòng)失去穩(wěn)定性的結(jié)果.一般以雷諾數(shù)（Re）的大小，作為層流或紊流的判斷依據(jù).流體的物性對(duì)對(duì)流換熱的影響.例如，粘度、密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱、導(dǎo)溫系數(shù)等等，它們隨流體不同而不同，隨溫度變化而變化，從而改變對(duì)流換熱的效果.換熱表面的幾何條件對(duì)對(duì)流換熱的影響.其中包括：1） 管道中的進(jìn)口、出口段的長(zhǎng)度，形狀以及流道本身的長(zhǎng)度等；2） 物體表面的幾何形狀，尺寸大小等；3） 物體表面，如管道壁面、平板表面等的粗糙程度；4） 物體表面的位谿（平放、側(cè)放、垂直放谿等）以及流動(dòng)空間的大小.流體物態(tài)改變的影響.換熱面的邊界條件，如恒熱流、恒壁溫等,也會(huì)影響對(duì)流換熱.風(fēng)量和溫度的關(guān)系T=Ta+1."76P/Q式中Ta--環(huán)境溫度,。CP--整機(jī)功率,可Q--風(fēng)扇的風(fēng)量,CFMT--機(jī)箱內(nèi)的溫度,C散熱器材料的選擇：散熱片的制造材料是影響效能的重要因素，選擇時(shí)必須加以注意!目前加工散熱片所采用的金屬材料與常見(jiàn)金屬材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)：金317W/mK銀429W/mK鋁401W/mK鐵237W/mK銅48W/mKAA6061型鋁合金155W/mKAA6063型鋁合金201W/mKADC12型鋁合金96W/mKAA1070型鋁合金226W/mKAA1050型鋁合金209W/mK熱傳導(dǎo)系數(shù)的單位為W/mK,即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開(kāi)爾文(1K=1C)時(shí)的熱傳導(dǎo)功率.熱傳導(dǎo)系數(shù)自然是越高越好，但同時(shí)還需要兼顧到材料的機(jī)械性能與價(jià)格.熱傳導(dǎo)系數(shù)很高的金、銀,由于質(zhì)地柔軟、密度過(guò)大、及價(jià)格過(guò)于昂貴而無(wú)法廣泛采用;鐵則由于熱傳導(dǎo)率過(guò)低,無(wú)法滿足高熱密度場(chǎng)合的性能需要，不適合用于制作計(jì)算機(jī)空冷散熱片.銅的熱傳導(dǎo)系數(shù)同樣很高，可礙于硬度不足、密度較大、成本稍高、加工難度大等不利條件，在計(jì)算機(jī)相關(guān)散熱片中使用較少，但近兩年隨著對(duì)散熱設(shè)備性能要求的提高,越來(lái)越多的散熱器產(chǎn)品部分甚至全部采用了銅質(zhì)材料.鋁作為地殼中含量最高的金屬，因熱傳導(dǎo)系數(shù)較高、密度小、價(jià)格低而受到青睞;但由于純鋁硬度較小，在各種應(yīng)用領(lǐng)域中通常會(huì)摻加各種配方材料制成鋁合金，寄此獲得許多純鋁所不具備的特性,而成為了散熱片加工材料的理想選擇.各種鋁合金材料根據(jù)不同的需要，通過(guò)調(diào)整配方材料的成分與比例，可以獲得各種不同的特性，適合于不同的成形、加工方式，應(yīng)用于不同的領(lǐng)域.上表中列出的5種不同鋁合金中：AA6061與AA6063具有不錯(cuò)的熱傳導(dǎo)能力與加工性，適合于擠壓成形工藝，在散熱片加工中被廣為采用.ADC12適合于壓鑄成形，但熱傳導(dǎo)系數(shù)較低，因此散熱片加工中通常采用AA1070鋁合金代替,可惜加工機(jī)械性能方面不及ADC12."AA1050則具有較好的延展性，適合于沖壓工藝,多用于制造細(xì)薄的鰭片.PCB表面貼裝電源器件的散熱設(shè)計(jì)以Micrel公司表貼線性穩(wěn)壓器為例，介紹如何在僅使用一個(gè)印制電路板的銅鉑作為散熱器時(shí)是否可以正常工作.1.系統(tǒng)要求：VOUT=5."0V;VIN(MAX)=9."0V;VIN(MIN)=5.''6V;IOUT=700mA;運(yùn)行周期=100%;TA=50°C根據(jù)上面的系統(tǒng)要求選擇750mAMIC2937A-5."0BU穩(wěn)壓器，其參數(shù)為：VOUT=5V±2%(過(guò)熱時(shí)的最壞情況)TJMAX=125°C.采用TO-263封裝,0JC=3C/W;0CS-0C/W(直接焊接在電路板上).初步計(jì)算：VOUT(MIN)=5V-5x2%="9VPD=(VIN(MAX)-VOUT(MIN))+IOUT+(VIN(MAX)xI)=[9V-4.,,9V]x700mA+(9Vx15mA)=3W溫度上升的最大值,AT=TJ(MAX)-TA=125°C-50°C=75°C;熱阻0JA(最壞情況)：△T/PD=75°C/"0W=25°C/W.散熱器的熱阻,0SA=0JA-(0JC+0CS);0SA=25-(3+0)=22C/W(最大).3.決定散熱器物理尺寸：采用一個(gè)方形、單面、水平具有阻焊層的銅箔散熱層與一個(gè)有黑色油性涂料覆蓋的散熱銅箔,并采用"3米/秒的空氣散熱的方案相比較，后者的散熱效果最好.采用實(shí)線方案，保守設(shè)計(jì)需要5,000mm2的散熱銅箔，即71mmx71mm(每邊長(zhǎng)"8英寸)的正方形.采用SO-8和SOT-223封裝的散熱要求：在下面的條件下計(jì)算散熱面積大?。篤OUT="0V;VIN(MAX)=14V;VIN(MIN)=5.''6V;IOUT=150mA;占空比=100%;TA=50°C.在允許的條件下，電路板生產(chǎn)設(shè)備更容易處理雙列式SO-8封裝的器件.SO-8能滿足這個(gè)要求嗎?采用MIC2951-03BM(SO-8封裝)，可以得到以下參數(shù)：TJMAX=125°C;&IC=100°C/W.5.計(jì)算采用SO-8封裝的參數(shù)：PD=[14V-5V]x150mA+(14Vx8mA)=1."46W;升高的溫度=125°C-50°C=75°C;熱阻0JA(最壞的情況)：△T/PD=75°C/1."46W=51.''3°C/W;0SA=51-100=-49C/W(最大).顯然，在沒(méi)有致冷條件下,SO-8不能滿足設(shè)計(jì)要求.考慮采用SOT-223封裝的MIC5201-5."0BS調(diào)壓器，該封裝比SO-8小,但其三個(gè)引腳具有很好的散熱效果.選用MIC5201-3."3BS,其相關(guān)參數(shù)如下：TJMAX=125°CSOT-223的熱阻0JC=15C/W0CS=0C/W（直接焊在線路板上的）.6.計(jì)算采用SOT-223封裝的結(jié)果：PD=[14V-"9V]x150mA+（14Vx1."5mA）=1."4W上升溫度=125°C-50°C=75°C;熱阻0JA（最壞的情況）：△