直流无刷风扇基础技术

直流无刷风扇基础技术介绍

叶松林
2007年
10月
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目录


1. 风扇基础知识
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------1
1-1 风扇基本材料构成---------------------------------------------------------------------------------------------------------1
1-2 风扇生产流程---------------------------------------------------------------------------------------------------------------7
1-3 风扇基本参数--------------------------------------------------------------------------------------------------------------10

2. 风扇转速控制
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------13
2-1 操作电压调整控制--------------------------------------------------------------------------------------------------------13
2-2 温度(热敏电阻
)控制------------------------------------------------------------------------------------------------------13
2-3 脉冲调制控制(PWM控制)----------------------------------------------------------------------------------------------13
2-4 电压输入控制--------------------------------------------------------------------------------------------------------------14

3. 风扇可靠性及寿命
--------------------------------------------------------------------------------------------------------16
3-1 直流风扇可靠性-----------------------------------------------------------------------------------------------------------16
3-2 交流风扇寿命--------------------------------------------------------------------------------------------------------------16

4. 风扇常见失效
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4-1 风扇不转---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4-2 风扇时转时不转------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4-3 风扇无法启动---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4-4 风扇声音异常---------------------------------------------------------------------------------------------------------------17
4-5 风扇可靠性试验失效------------------------------------------------------------------------------------------------------17

5. 风扇应用---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------18
5-1 风扇选型---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------18
5-2 风扇典型应用---------------------------------------------------------------

------------------------------------------------18

6. 风扇技术发展趋势
----------------------------------------------------------------------------------------------------------22

7. 风扇技术标准说明
----------------------------------------------------------------------------------------------------------22

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1.风扇基础知识
风扇按照供电电压类型可分为直流无刷风扇和交流风扇两类，按照入风面和出风面方向上的差异，可以
分为轴流风扇和离心风扇，按照轴承不同，也可分为滚珠轴承风扇和含油轴承风扇。


直流无刷风扇工作原理: 风扇转子上存在磁性橡胶磁铁，电路板上霍尔元件会感应其磁场，以此决定电
路对矽钢片上绕线线圈的通断电，两个磁场间产生的吸斥力推动风扇转动，霍尔同步感应橡胶磁铁磁极后
再切换通电线圈，从而使风扇可以持续运转。

交流风扇运转原理: 交流风扇线圈通电方向本身就在不停切换，所以不需要霍尔感应即可产生吸斥力，
推动风扇运转。

风扇广泛应用在家电、IT、通讯、制冷、暖机、工业、办公等多个领域中，只要是需要增强或加快空气
流通的环境都可能选用风扇来完成。目前在风扇业界较有名的厂商有
EBMpapst、施乐百、台达、
NMB、
Nidec、Sanyo Denki、Rosenberg、Comair rotron、AVC、ADDA等。

下面从风扇的材料构成、生产制程、基本参数作简单的介绍:
1-1风扇基本材料构成

风扇由转子组合(rotor assembly)、定子组合
(stator assembly)、轴承系统
(bearing system)、弹簧
(spring)、
固定环(ring)以及其他一些辅助材料组成。



1-1-1 风扇转子

转子组合主要包括有扇叶（impeller）、铁壳（case）、磁带（magnet）、轴心（
shaft）组成。
1-1-1-1扇叶

轴流风扇扇叶一般为翼型(air foil)叶，离心风扇情况有弧形叶、直板叶、翼型叶，按照扇叶角度又可分
为前擎叶和后擎叶。


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风扇扇叶材质一般为
PBT+GF(玻纤)，较大尺寸(12cm以上)的风扇可能会采用金属扇叶，此时的材质可
能是
PA66、铝或钣金结构
(多为
SGCC)。
1-1-1-2铁壳

风扇铁壳一般是转子磁场的载体，在直流风扇上使用的多为
SECC冲压，在交流风扇上铁壳兼作驱动
磁极使用，所以多为的多为磁性材料
35H440。
1-1-1-3磁带

直流风扇使用的磁带多为
BQC14(TDK型号)，交流风扇使用铁芯磁极，多使用矽钢片叠片 (可参考矽
钢片环节的说明)，不使用橡胶磁带。



1-1-1-4轴心

轴心一般

选用
SUS不锈钢材料车削加工，直流无刷风扇一般选用材质
SUS420。
1-1-2定子
组合

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定子即风扇上不转动的部分。对直流无刷风扇而言，它包括有矽钢片、漆包线、电路板、固定框等；
对交流风扇而言，它包括有矽钢片、绕线、固定框。一般直接将绕线线圈叫做定子。
1-1-2-1矽钢片

矽钢片一般是含硅量在
0.8~4.8%的硅钢，低硅片含硅
2.8％以下，它具有一定机械强度，主要用于制造
电机，俗称电机硅钢片；高硅片含硅量为
2.8％-4.8％，它具有磁性好，但较脆，主要用于制造变压器铁芯，
俗称变压器硅钢片。风扇常用材质为
35H440(日本牌号)，冲压单片后采用叠片堆砌的方式，层与层之间绝
缘。



1-1-2-2漆包线

漆包线一般为铜线外部包一层绝缘膜，绝缘膜不同其耐温也不一样，多数风扇制造厂商选用 (聚胺基
甲酸脂漆包线（型号为
UEW），它以
Polyester-thane树脂为主体的油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而成
;其的
最大特性为可直接焊锡且耐热等级为 130℃(B级)，如果耐温达不到要求，则可能选用聚脂漆包线(型号为
PEW)，它以
Polyester树脂为主体油脂为绝缘皮膜烤漆於导体而成;其的耐热等级为
155℃(F级)。
1-1-2-3电路板

一般交流风扇没有电路板，直流无刷风扇用电路板控制风扇磁极切换，以达到驱动的目的。风扇电路
板裸板材质为
FR-4，一般厚度分为
0.8mm、1.0mm、1.2mm，又可分为单层板、双层板、四层板。
1-1-2-4固定框

风扇的扇框一般起固定作用，因为定子固定在上面，同时固定风扇也是利用扇框上的安装孔。风扇扇
框另外一个作用就是导流，部分风扇设计时设计了导流叶，则导流后静压就更好，从而提高风扇的使用特
性。

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1-1-3 轴承系统

轴承是风扇寿命关键器件，其类型包括有滚珠和含油两种。使用含油轴承，风扇的噪音和成本都相对
较低，但是对应扇叶朝下、高温环境或大尺寸风扇
(轴流风扇
12cm以上，离心风扇
7cm以上)的应用，可靠
性较低，此时选用滚珠轴承会较好。

含油轴承又分为传统含油轴承、液体动压轴承和陶瓷轴承，之所以这样划分，主要是这几种轴承在设
计及工艺上存在一定的差异，传统含油轴承是普通型套筒轴承，目前很多应用在
PC上的风扇都采用这种轴
承，液体动压轴承在原来传统工艺基础上在轴心和轴承上均增加油槽，让润滑油可以在内部循环自润，同
时在结

构上增加挡油圈、封闭油封及羊毛毡等延缓润滑油挥发。


下图是各类轴承对应的寿命、工艺、噪音、价格关系，实际
的寿命数值不一定准确，使用含油轴承的
优势在于噪音小、成本低，在耐温和安装方向上可能不及滚珠轴承设计的自由度大，因为在高温或者倒立
使用的情况下，含油轴承的使用寿命可能会比较低。

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1-1-4 弹簧
弹簧的材质一般为不锈钢，风扇用弹簧依形状可分为塔簧、柱形簧、膜片弹簧。
1-1-5 其他材料
风扇上还用到一些其它材料，如导线、标签、扣环、螺丝、铁网等，除特别要求外，均非重要材料，
而且使用环境不同，选用也不相同，在此不再说明。

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1-2 风扇生产流程
1-2-1直流风扇生产流程


上图是直流风扇全部材料的组成结构，风扇生产流程分为转子组装、定子组装、电路板组装和风扇组
装几个阶段，下面将依次进行说明。
1-2-1-1转子组装流程

轴心+塑胶----->空叶成型----->压铁壳----->平衡机平衡
铁壳冲压----->压磁带----->充磁 -----


转子组装流程中，充磁和平衡是较重要的制程，充磁后需要检查充磁是否饱满
(检验高斯和
flux值)，平
衡是否满足要求依据
ISO1940进行判定。
1-2-1-2定子组装流程

矽钢片冲压----->压绝缘盖----->绕线----->插 Pin----->理线沾锡----->打耐压

定子组装流程中绕线张力需管制，太紧易断线或多针孔，太松则电阻差异大，线圈容易高出，造成针
孔。
1-2-1-3 PWB组装流程

SMD贴片打件----->手插件----->流焊过锡炉

PWB制程中可能造成
PWB翘皮、贴片虚焊、接触不良及歪斜，流焊锡炉的温度控制比较关键。
1-2-1-4风扇组装流程

焊定子+PWB----->焊引出线----->穿框，固定定子----->固定引出线------>装轴承----->装转子
----->固定转子----->低压启动检测----->异音检测----->电流波形、转速检测----->贴标签----->全检
----->包装

如果实际风扇还有控制功能、或需要老化，也要在包装前完成检测。
1-2-2 交流风扇生产流程
交流风扇的生产制造工艺流程和直流类似，交流风扇没有电路板。

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1-2-3 关键制程
1-2-3-1平衡

平衡的参考标准是
ISO1940，按平衡照实际情况可分为免平衡、减平衡和加平衡，以平衡机类型划分
又可以分为单面平衡、双面平衡

。一般风扇平衡是采用单面平衡机增加平衡土
(泥)的加平衡，部分风扇因为
本身成形的不平衡量较大，采用增加平衡铜片或钢片的加平衡方式。

风扇平衡等级要求按照
ISO1940是
G6.3，



1-2-3-2绕线

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风扇有单线绕和双线并绕。
1-2-3-3充磁

充磁制程在风扇制程中是相当重要的一个环节，如果充磁不饱满，则可能出现风扇无法启动、转速达
不到要求等情况。
1-2-3-4过锡炉，流焊

风扇电路板上部分零件无法以
SMD方式打件，需要以手插件过锡炉的方式来完成，则锡炉温度必须严
格控制，否则可能出现空焊或
SMD掉件等问题。
1-2-4 特殊制程
1-2-4-1老化(burn-in)

老化一般是在
50℃下进行，老化的时间一般在
4小时左右，老化的方法有两种，一种是全速，一种是
开/关的方式。老化是希望过滤掉
SMD过程、绕线、焊线及流焊过程中可能存在的虚焊、空焊以及短路。
1-2-4-2耐压

绕线插
Pin沾锡后进行耐压测试，一般是
700VDC/5s，检查过滤绕线过程可能存在的短路。

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1-3 风扇基本参数
1-3-1 风扇环境参数

操作温度范围，是由风扇的使用温度范围，所选用电子零件温度工作范围、电子零件温升、线圈温升
以及轴承润滑油耐温共同决定该参数。一般风扇的使用温度在
-10~70℃(部分高转速风扇可能为-10
~60℃)，
特殊应用可能要求为-40~70℃，也可能要求可使用在较高温度，如
90℃。

温度存储范围，是指在该温度范围内储存风扇不能对其可靠性及使用性能产生不良影响。风扇的存储
温度一般为-40~70℃。
1-3-2 风扇电气参数

启动电压，即风扇最小可启动电压，输入该电压风扇马达产生的转矩可达到启动所需要的最小转矩。
同尺寸风扇转速较低，启动也相对困难一些。厂商的启动电压通常都定义在室温下。

操作电压范围，指风扇可以运转的电压操作区间。电压操作范围由选用电子零件电压工作范围、电子
零件温升和线圈温升决定，同系列风扇一般低速的电压操作范围较大，而最该一档转速的范围会缩小，这
是因为在最高转速档电流较大，产生热量较大，从而导致各个电子零件及线圈温升较大，为保证达到安规
温升要求和使用稳定性，控制温升而将电压使用范围缩小。

电流涉及到风扇实际功耗，是比较重要的参数。风扇的电流分为启动电流（
in-rush current）、额定电流
（rated current）和安规电流（
safe

ty current），其中额定电流和安规电流一般会标注在规格书上，而启动电
流通常都不会标注，启动电流有时比额定电流小，有时比安规电流大，所以有时会影响到整机的运转，部
分风扇采用了软启动（soft-start）设计，启动电流较小不会影响到整机开局。

功耗就是使用时电压和电流的乘积。应用到电源上的风扇其功耗值尤其重要，因为电源本身提供功率，
风扇消耗功率，减小功耗就意味着增加了输出，提高了电源利用效率。一般如果没有特殊要求应选用风压
较小、风量合适的风扇，这样耗掉的功率相对较低，噪音也较小。

转速是风扇的基本参数，同尺寸风扇转速越高风压风量及噪音值也就越大，所产生的电流及功耗也就
越大，转速的单位是
RPM（Revolution per minute）。转速数据一般用转速计测量，有时也用散频仪测量，
在电路可以以风扇的
FG（F00）信号侦测，风扇失效停转侦测则一般采用
RD（R00）信号。风扇转速控制
方式一般包括有调压控制、PWM脉冲控制（又分为
IC控制和
MCU控制）、逻辑控制和电压控制四种。在
轴流风扇
PQ曲线上存在一个失速区，一般应用需要避开这个区域，因为失速区的风压风量及转速均不稳定，
而噪音值则较大。
1-3-3 风扇性能参数

制造商所提供的最大风压是指无风量输出时的风压，最大风量是指在自由场（空气自由流动，无阻碍
的情况）条件下的风量输出，而标注噪音值即该条件下的噪音值，而实际应用中由于散热部件会阻碍空气
的流动，造成一定的阻抗，克服该阻抗，风扇需要工作在一定风压下。实际上风扇就是在一定风压条件下
输出风量，供部件散热，此时的风量可能在
0~1倍最大风量之间，而噪音可能比自由场下的噪音大。

对于同一个系列的风扇，在转速差异不超过
30%的情况下，上述参数近似存在以下关系式：


Q1/Q2=N1/N2；P1/P2=（N1/N2）2；DB2=DB1+60*Lg(N2/N1)
（其中
Q---风量、P为风压、N为转速、DB为噪音值）
1-3-4 风洞、无响室

风洞分为入风式风洞和抽风式两种，依照风压测量范围又划分为微型风洞（
20CFM以下）、小型风洞
（300CFM以下）、中型风洞（
1000CFM以下）、大型风洞（1000CFM以上），风洞可以用来测试系统的阻
抗曲线（System Resistance Curve）。风洞的测试误差一般在
+/-1.5%左右。

无响室按照吸音材料覆盖面数量差异分为全无响室和半无响室，全无响室是六个面都覆盖有吸音材料，
半无响室底面是光滑钢板，测试时用于声音反射。无响室测试噪音值一般在
+/-0.5dB-A左右，不同厂商的
情况存在一些差异，所

测试的风扇噪音值必须至少比其背景噪音高
8dB-A（考虑到各厂商实际背景噪音可
能存在的水分，可以适当增加
3~5dB-A）。

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风压风量的测量在按照
AMCA210-85（现在已经是
AMCA210-95）标准制作的风洞上进行，自
由
场下的噪音测量在按照
ISO3745定义的无响室进行，一定背压下的噪音值（模拟真实应用下的噪音值）测
量在按照
ISO10302定义的背压箱上进行。

风量的单位为
CFM（Cubic feet per minute），部分厂商为
CMM（Cubic meter per minute），或者
M3/H（Cubic meter per hour），如果是
LFM（linear feet per minute）就需要以流量
Q除以出风面积
S，即
LFM=Q/S。
风压的单位为
mmH2O，部分厂商使用
Inch H2O或
Pa，则需要换算，1inch H2O=25.4mm H2O=25.4x9.8Pa。
噪音的单位为
dB-A，这个单位适用于声压、声强和声功率，通常所说的噪音指的是声压。

附图四：风洞和无响室


附图五：系统阻抗曲线及
PQ曲线



1-3-5 风扇转速侦测及控制参数

转速侦测(FG信号)，即在风扇正常运转时信号线会输出一个方波信号，该信号可反映实际转速，透过
计算可达到实际转速值。FG信号高电平为
Vcc+/-10%，低电平为
0~0.5V，电流一般为
5mA以下。

如图
Ts为风扇运转一圈的周期，通过信号反馈出的波形数可以计算转速，计算方法为
N=(1/Ts)*60/马
达级数，得到的转速单位为
RPM，风扇规格书上一般会注明马达级数。


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失效报警(RD信号)，即在风扇正常运转时会输出一个低电平，在风扇不转时输入一个高电平，RD信
号的电压输入一般在 5~28V之间，低电平为 0.5V以下，高电平可到 50V，电流为 5mA以下。下图为对应
的简单电路及波形。


转速控制方式有很多种，常见的有输入电压调整控制、温度 (热敏电阻)控制、PWM控制、逻辑电路控
制、电压信号控制等。
极性保护，是指风扇在正负极反接时，为防止烧死或起火而设计的一种短路功能，此时风扇电路将处
于断路状态。
软启动功能是指在风扇启动阶段对输入电路中的电压进行方波切换，使风扇能够启动但转速的增加比
一般风扇启动要慢很多，这样启动电流就可以控制比较小。
锁住(堵转)保护，是指在风扇被堵转时会自动切断电源，以避免风扇内部马达温度上升造成烧死，或将
电流维持在一定范围内，96小时不起火。堵转即断电的风扇会每隔几秒启动一次。
过电流保护，是指在输入一个超过风扇运转的

电流时风扇会自动切断电路，避免被烧死或起火，此时
风扇也会每个几秒启动一次。

过压保护，通常有两种设计，一种在输入超出电压范围的电压时风扇内部电路电压保持在额定电压，
此时风扇转速与额定状态下一致，另一种设计是在此情况下以风扇马达线圈及电子零件温升为准，超过温
升，电路会自动切断，温度下降后会自动
重启。
1-3-6 风扇可靠性参数

风扇平均失效时间称为 MTTF，通常将 10%风扇地平均失效时间定义为风扇寿命，即 L10。按照 IPC9591
的要求，外观破损、电流超过初始测量值 15%、转速低于初始测量值 30%、噪音大于初始测量值 3dB-A之
中满足一条即视为失效。滚珠轴承风扇的寿命通常定义为 70000hrs(40℃)，含油轴承寿命比滚珠轴承低。

绝缘强度，直流风扇定义为 500VDC下风扇扇框和引出线正极间绝缘电阻最小值为 10Meg欧姆，交流
风扇与滞留风扇相同。各家定义不一样，可参数实际编码下厂商的定义数据。
耐压，直流风扇定义为将 600VAC/60Hz电加载在风扇扇框和引出线正极间 1分钟内电流不超过 5mA，
交流风扇定义为 1800KVAC不击穿。各家定义不一样，可参数实际编码下厂商的定义数据。
绝缘等级，一般风扇定义为”A”等级，也有部分风扇定义为”F”等级。各绝缘等级对应耐温参数如下:

绝缘等级 Y A E B F H C
耐温(℃) 90 105 120 130 155 180 200/220/250

1-3-7 其他参数

防水防尘，即 IP防护等级。对应各数字含义及实验方法、设备等参考 IEC60529，下表为数字含义说明
文件:

接触保护和外来物保护等级(第一个数字) 防水保护等级( 第二个数字)
第防护范围 第防护范围
一
个
数
字
名称 说明
二
个
数
字
名称 说明

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0 无防护 -0
无防护
-
1
防护 50mm直径和更大
的固体外来体
探测器，球体直径为50mm,不应完
全进入
1水滴防护
垂直落下的水滴不应引起
损害
2
防护 12.5mm直径和更
大的固体外来体
探测器，球体直径为12.5mm,不应
完全进入
2柜体倾斜 15度时，防护水滴
柜体向任何一侧倾斜 15
度角时，垂直落下的水滴
不应引起损害
3
防护 2.5mm直径和更大
的固体外来体
探测器，球体直径为2.5mm,不应完
全进入
3防护溅出的水
以 60度角从垂直线两侧
溅出的水不应引起损害
4
防护 1.0mm直径和更大
的固体外来体
探测器，球体直径为1.0mm,不应完
全进入
4防护喷水
从每个方向对准柜体的喷
水都不应引起损害
5 防护灰尘
不可能完全阻止灰尘进入，但灰尘
进入的

数量不会对设备造成伤害
5防护射水
从每个方向对准柜体的射
水都不应引起损害
6 灰尘封闭
柜体内在 20毫巴的低压时不应进
入灰尘
6防护强射水
从每个方向对准柜体的强
射水都不应引起损害
注：探测器的直径不应穿过柜体的孔
7防护短时浸水
柜体在标准压力下短时浸
入水中时，不应有能引起
损害的水量浸入
8防护长期浸水
可以在特定的条件下浸入
水
中，不应有能引起损害
的水量浸

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2. 风扇转速控制
2-1 输入电压调整控制
在风扇操作电压范围内，通过调整输入电压值来控制风扇转速是成本较低的一种转速控制方式。风扇
的转速在操作电压范围内与输入电压是一种近线性关系，所以透过电压控制可以得到线性控制关系，由于
操作电压范围内转速的范围较窄，相对可控制的范围就不会很大，准确度也不太好。如果输入方波电压控
制，则所选用的频率不能太小，否则就会造成可靠性问题，因为这样控制风扇类似在不停启动，容易对轴
承造成损害，同时还可能产生明显的切换噪音和振动。


2-2 温度控制

即在一定温度A℃下风扇转速固定，且较低，功耗和噪音均较小，在一定温度 B℃以上风扇达到全速，
功耗和噪音相对大一些，这种控制方式的着眼点是温度较高时散热要求较大，需要较高转速才能达到，而
在系统内温度较低时仅需要较低的风压风量散热，此时可以将风扇转速调整到较低的水平，同时也可以降
低噪音和功耗。这种电路设计可以在风扇电路上增加，也可以在外部设计增加。

下图是使用热敏电阻，继电器等相关设计的简单图纸，供参考。


2-3 PWM控制

PWM控制风扇引出线中有一根为转速控制线，给该控制线输入一个方波电压信号来控制风扇线圈通断
电，以达到控制转速的目的。风扇 MCU控制切换占空比，可以将转速控制得比较精确，同时也可以将风扇
控制在较低转速，以达到较低散热要求时最大降低功耗和噪音目标。目前使用 PWM控制转速，如果是线

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性关系，可以选用的设计方式有单片机控制、MCU控制和
IC控制等几种方式。


IC控制电路只能设计为线性或近线性关系，MCU控制可以以程序设定，所以控制曲线在形状上就没有
很严格的限制。
2-4 电压控制转速

控制线输入
0~10V的控制电压信号对风扇转速进行控制，即电压控制转速，在此控制电压下，正负极
的电压输入变

化一样会引起转速的变化。

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3. 风扇可靠性及寿命
3-1 直流风扇可靠性及寿命
3-1-1 低温储存试验
低温储存试验室为了验证低温下储存的可靠性，在 -40℃下储存 72小时，再在-40℃下以最低启动电压
启动并运转 48小时，如无问题则在-10℃下储存 48小时，再在最低启动电压下启动并运转 48小时。
3-1-2 高温运转试验

在最高操作温度下
，一部分在最高操作电压下运转，一部分在最低操作电压下运转，运转时间为 72小
时。高温运转时间是为了验证高温下的运转可靠性。
3-1-3 扇叶锁住试验

在室温下，将扇叶锁住，上面覆盖棉布，输入最大操作电压，试验持续 24小时，看风扇是否会烧死或
棉布是否会起火，同时点风扇内转子的温升，看是否会超出其承受范围。在试验完成后继续进行耐压测试，
以 500VDC/60s的试验条件完成后检查是否正常运转，拆开看风扇是否有烧死的情况发生。
3-1-4 高温开关试验

在最高温度下验证，输入额定电压进行通断电试验，通断电的时间间隔以风扇达到全速及完全停止为
准，实验时间为 48小时。
3-1-5 湿度暴露试验

温度为最高操作温度，湿度设定为 90~95%，部分设定为不运转，部分设定为运转，运转时输入额定电
压运转，实验时间为 10天。
3-1-6 振动试验

振动频率为 5~500Hz，振动位移为 0.75mm(10G)，震动为 x, y,z轴，每次振动为 2小时，每轴振动 cycle
数为 10。
3-1-7 机械冲击试验

冲击波形为半正弦波，冲击强度为 100G，冲击方向为 x, -x, y,- y, z, -z，每次冲击持续时间为 6ms，每
个方向冲击 3次。
3-1-8 热冲击试验

低温设定为-40℃，高温设定为85℃，温度点停留时间为 30分钟，转换时间为 5分钟以下，循环数为
10个。
3-1-9 温度循环/电压开关试验

低温设定-25℃，高温设定为85℃，通电电压设定为额定电压，开关时间为 3分钟开/3分钟关，温度
点停留试验为 24小时，转换时间为 1小时以内，循环数为 2个。
3-1-10 弹跳试验

正弦波，输入 peak值为40G，持续时间为6ms，冲击方向为 x, -x, y,- y, z, -z，每个方向冲击次数为 4200
次。
3-1-11防尘试验

温度为室温，湿度为 25~75%，持续时间为 8小时，部分额定电压下运转，部分不转，粉尘类型依据实
际应用的情况制定。
3-1-12防水试验

依据 IEC60529完成。
3-1-13盐雾试验
依据 GR63完成
3-1-14寿命试验
在 70℃(或更高，只要风扇内部温升在该温度下不会超过即可)下，额定电压下运转1000hrs。
3-2 交流风扇可靠性及寿命试验 (略)

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4. 风扇常见失效
4-1 风扇不转
风扇不转分为两种情况，一种是通电有电流但不运转，一种是没有电流。造成风扇不转有很多可能的
原因，如电路不通 (电子零件烧死、电路板不通、引线断线、电路板虚焊、电路板翘皮 …等)、感应之霍尔 IC
烧死、磁带未充磁、线圈烧死等，出现情况较多的是电路不通和线圈烧死。检查的时候这两项也比较直观，
拆开就可以见到。

烧电子零件
烧线圈绕线断线
烧驱动 IC 接触端子不良 PWB翘皮
造成失效的原因有厂商制程控制不良，导致电子零件烧死及线圈破皮烧死，有 PWB翘皮和端子接触不
良，有耐压测试电压过高，导致失效的，也有线圈断线的情况。
4-2 风扇时转时不转或半转

风扇时转时不转失效表现为在部分停顿点可启动，部分停顿点不能启动，启动后风扇一会快一会慢，
不能到全速。这一般是风扇绕线线圈烧了一组(或有一组断线、接触不良)，或是霍尔 IC工作不正常，输出
有部分损坏。
4-3 风扇无法启动

风扇无法启动，即上电风扇不能运转。该失效分为两种情况，一种是在最低启动电压不能启动，一般
是风扇转子本身充磁不饱满，或磁带和霍尔 IC感应较差；一种是在额定电压附近无法启动，此时失效可认
为和 4.1的情况一样。
4-4 风扇声音异常

系统设计与风扇干涉或导致风扇严重变形会产生磨擦的声音，由于风扇本身结构上干涉 (材料变形、设
计余量不足、制程不良 )产生的磨擦声音，风扇本身振动较大或风扇与系统共振产生的声音，风扇转速切换
产生的声音等都有可能判定为异常的声音。异常声音具体表现形式包括有人耳能感受到的 ”很响”，”周期性
往复的明显高低声(如嗡~~~~嗡~~~~嗡…，吱~吱~吱…)”。
4-5 风扇可靠性试验失效

可靠性试验失效，可能不转或者声音异常，一般很少电流超标或转速超过最小值，造成失效的原因基
本由三种，分别是电路设计不合理造成烧死，轴承选用或使用不合理造成异常声音，以及制程造成材料缺
陷产生失效。

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5. 风扇应用
5-1 风扇选型
使用风扇就是解决内部散热，而内部散热的情况只有在实际测试以后才能得到真实的结果，但在设计
之初产品细节设计尚未完成，测试基本不可行，为解决这个问题，一般使用软件进行模拟，常用的软件有
fluent、icepak等。

单个风扇选型应用的原则包括有
1).实际可满足散热要求；2).选用供

应商主流标准件，且非发明专利风
扇；3).低噪音；
4).成本低；
5).低功率；
6).寿命及可靠性可以满足要求；
7).兼容性好，可替代；
8).要求必须
有所需其他功能(如转速控制、各种保护、操作电压范围、操作温度范围、绝缘等级、防电磁干扰等等…)。

风扇整体选用原则包括有
1).整体可满足散热要求；
2).整体占用空间较小；
3).整体可靠性好；
4).整体成
本低；5).整体可装配性好；
6).整体功耗低。
5-2 风扇应用原则
5-2-1 不应用风扇失速区

失速区就是风扇运转过程中对应状
态不稳定的区域，在该区域内风扇的转速、风压、风量均不稳定，
噪音几乎最大。离心风扇不存在失速区，轴流风扇存在，应用时应尽量避开。



5-2-2 风扇串/并联使用原则


同一尺寸及转速风扇串联使用，系统内风扇风压会增加，风量会增加较多
(在自由场下两个风扇一起运
转的风量为单个风扇风量
2倍，风压会有少许增加，自由场即无阻抗场)，如果系统的阻抗很大(零件很密集)，
这种应用方法实际效果不佳。并联使用时，风压增加较多，风量增加较少，这种应用方式适合应用在零件
密集的系统。

实际应用时可能会采用多个风扇才能达到要求的散热效果，具体以设计要求为准。

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5-2-3 噪音叠加原则


两个风扇一起应用时，真实的噪音是两个风扇的噪音叠加出来的，叠加的原则如上图，即一个
55dBA
的风扇和一个
51dBA的风扇叠加后得到的噪音为
56.4dBA。
5-2-4 抽风/送风选用原则

现有应用风扇送风和抽风，一般采用的是同一种风扇，仅在安装方向作改变。实际部分制造商有专门
设计的抽风风扇，只是因为性能差异不大，未能在市场上形成主流产品而没有被采用。

风扇送风时，受系统内受阻影响，产生紊流，空气的流动效率降低，同时风扇的应用点维持在较高的
风压下，噪音也较大。抽风时在系统内形成层流，流动效率较好，所以散热效果相对会好一些，但抽风使
风扇长期工作在较高温度下，寿命会有一定折损。
5-2-5 整体设计优化

选用风扇时再满足散热要求的前提下，需要从整体考虑成本、功耗和占用空间，下面是两种
ATCA系
统散热设计的实例，


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图中第一种选用了两个离心风扇(x2)抽风，第二种选用了轴流风扇
(x6)吹风，考虑到冗余这两种风扇都
有转速控制设计，成本上相差不大，散热效果、噪音

方面离心风扇可能稍好一些，但装离心风扇的服务器
占用空间会大一些。

系统内安装风扇，需要注意其空气流动效率，因为系统散热靠的就是空气流动。同一系统，散热指标
就是个关键零件的温升，而温升值部分决定于风扇送走或抽走的热风量，即出口处的风量，也就是说如果
此风量是相同的，另一种热设计的方案也具备一定可行性，这还需要看系统内阻抗、散热是否均匀、功耗
及噪音是否可以满足、空间是否够用…。
5-2-5 PWM输入频率的选择

如果选用
PWM控制转速的风扇，
PWM的输入频率不宜选择在
1~4K之间，因为这
个区域是人耳比较
敏感的区域，PWM输入导致转速切换的声音会比较明显，从而影响整体的噪音感受，一般选择在
20K以
外会比较合适。
5-2-6 安装固定方式选择对风扇的影响

风扇一般以扇框螺丝孔固定在钣金或塑胶件上，再安装到系统上。在风扇装配环节，比较容易出现一
些因装配设计不合理或设计方案与选用风扇不匹配衍生的问题，如风扇扇框断裂、风扇引出线易刮花、风
扇扇框变形、异音等问题，使用螺丝固定选用自攻牙螺丝和机械牙螺丝又有一些差异。风扇扇框分为带加
强筋和不带加强筋两种，自攻牙螺丝固定扭力以图片中为准，机械牙固定需注意扇框承受能力，原则上不
破坏风扇扇框可接受。


下图是另外一种扇框加强筋结构，此时加强肋条需伸出较长，到螺丝孔以外才能起到加强结构的作用。
金属扇框不需要考虑加强筋，但装配也要注意其承受能力。


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5-2-7 风扇网罩使用
选用风扇网罩，一般有两个目的，防风扇进灰尘和防装配人员受伤。附图为一些常用的网罩。


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6. 风扇技术发展趋势
6-1 高风压、高风量
由于应用市场产品的集成程度、功率密度日益增加，对应风扇的性能需求越来越高，高风压、高风量
风扇的开发成为一个技术发展的趋势，现在很多制造商都设计出了此类产品，如台达的
FFB/PFB/QFR系列、
AVC的
DB/2B系列等都是其中的代表，伴随着应用范围和领域的增加，此类技术在一定程度上已经成熟定
型，市场上其他厂家在近期也会逐步推出类似的产品。
6-2 宽操作电压、温度范围

全球化趋势，导致所生产产品的应用地域范围越来越广泛，这在一定程度上要求风扇制造商生产的风
扇可应用的电压及温度范围比较宽泛，市场可能会对应
48V电压的风扇推出

很多宽电压范围的系列，以满
足各个不同国家/地区的应用兼容。
6-3 低成本风扇开发

风扇的成本基本决定于选用
IC和轴承，目前很多制造商都在研究新轴承(含油轴承)技术在风扇领域的
应用，如
FDB轴承、陶瓷轴承、
NBR轴承目前正处于研究或试用阶段。出于可靠性上的考虑，目前尚未有
高端市场选用此类轴承风扇应用的先例。估计在技术成熟后或成本压力增加的情况下有可能慢慢导入高端
应用领域。
6-4 低功耗、低噪音、环保

在环保节能要求日益增高的今天，
ROHS已经成为了元器件选用的判定标准，绝大部分风扇制造商已
经可以满足环保的要求。同时，选
用低功耗风扇应用在系统内已经成为了趋势，随着产品制造工艺水平的
提高，各元器件的稳定性也在逐步提升到一个较高的水平，产品设计余量再满足市场的条件下将被要求逐
步减小，低功耗、低噪音将成为一个需求的趋势。


7. 风扇技术标准
(略)
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