Fan Basics IntroductionPrepared by : thomas ma2009/12Chenghome electronics co., ltd.风扇散热使命：随着科技的不断进步，电子产品的功能愈强，个人电脑的普及，使得各项工作几乎都与电脑离不开关系，同时电脑的功能的不断强大、电子元件的集成度愈发强大，电子元件所产生的热量和噪音，却让我们感到厌烦，因此电子元件的散热变的愈加重要；风扇是利用强制热对流的方式散热，他凭借自身的导流作用,令空气以一定的速度、一定的方式通过散热片,利用空气与散热片之间的热交换带走其上堆积的热量,从而实现“强制对流”的散热方式。
风扇的应用：风扇基础知识培训目录：第一部分：风扇分类介绍；风扇散热使命/风扇分类……第二部分：风扇结构介绍；转子部分/定子部分……第三部分：风扇性能与测试起压/转速/电流/FG/PWM……第四部分：风扇使用注意事项第一部分：风扇分类介绍风扇分类：1. 按叶型与空气流动方式分：轴流风扇（AXIAL FAN）、离心风扇（BLOWER）；2. 按工作电流方式分：直流风扇（DC FAN）、交流风扇（AC FAN）；3. 按风扇的用途分：电源风扇（POWER FAN）、机箱风扇、音响风扇、冰箱风扇、汽车风扇、桌上型电脑风扇（DESK TOP）、笔记本风扇（NOTEBOOK FAN）、VGA FAN、GPU FAN、SERVICE FAN、PDA FAN、LCD FAN……；另，直流风扇自身细分又很详细：按工作电压分：DC 5V、12V、36V、48V……；按导线或功能分：2PIN、3PIN（FG）、4PIN（FG PWM）……；按外框尺寸分：25MM、30MM、40MM、50MM、56MM、70MM……；按电路系统、轴承系统、铁心结构又可以更做细分；透平机械turbomachinery ：具有叶片的动力式流体机械。
透平机械的共同特点是装有叶片的转子作高速旋转运动，流体（气体或液体）流经叶片之间通道时，叶片与流体之间产生力的相互作用，借以实现能量转化。
按能量转化方向的不同，透平机械分为原动机和从动机。
原动机将流体的能量（热能、势能或动能）转化为机械能；从动机和原动机在原理和结构上基本相同，只是工作过程相反。
透平机械主要分为轴流式和径流式（离心式或向心式）两种。
在轴流式机械中，流体沿轴向流动；径流式机械中，流体主要沿着径向流动。
还有一种斜流式机械，流体的流动方向介于上述两者之间。
风扇按流体方向分类说明：有轴流和径流式两种；轴流式风扇工作时，叶片推动空气以与轴相同的方向流动，所以称为轴流风扇（AXIAL FAN）；径流式风扇工作时，叶片推动空气以与轴相垂直的方向（即径向）流动，所以称为径流风扇（BLOWER）。
风扇极性与功能分类说明：按导线分：2PIN 、3PIN 、4PIN黑色负极按功能分：普通风扇（2PIN）、三线风扇（FG OR RD）、四线风扇（FG & PWM)、温控风扇等；1——PWM 信号2——FG 信号3——负极4——正极风扇外框尺寸分类说明：按风扇的长宽高（L * W * H）分：如40*40*10 mm、74*60*10.5 mm;第二部分：风扇结构介绍风扇各组成部件介绍：风扇的组成：分为转子部分和定子部分：•转子：包括扇叶、轴芯、磁环、磁环外框；•定子：包括电机、外框、轴承、连接器等。
（结构说明如下页）PBS连接器功测外框组合培林或轴承外框PBS 组合风扇半成品扇叶组合空扇叶磁环组合胶磁磁铁外套扣环成品测试成品烤机贴纸包装出货PCB‘ASTATA 组合铁芯上下片漆包线风扇组装工艺流程成品PBS 加工绕线线径和阻值贴片工艺扇叶组合加工充磁电压扇叶组合尺寸测试功能测试信赖度测试安规测试成品在线测试成品加工PBS 压入尺寸连接器焊接轴承压入尺寸风扇重点参数管控：风扇的电气结构控制部分：由霍尔IC 、线路板等元件组成。
电机绕组部分：由矽钢片、漆包线和上下绝缘线架组成。
矽钢片的功能是负责将磁极导出，以便于确定N、S的强弱；而绕组决定磁力线的方向性，包括N、S极和控制信号，不断改变绕组极性，推动转子运转，达到做功的目的。
定子绕组多为四相对称分布，即互成90°夹角。
固定磁场部分：由磁环提供固定磁场，以用于旋转时的比较动力。
风扇的轴承系统轴承作为风扇寿命的瓶颈因素，同时也对风扇的工作噪音、制造成本有着重要的影响。
风扇的轴承系统可分为：滚珠轴承（单滚珠轴承和双滚珠轴承）含油轴承陶瓷轴承液压来福轴承动压轴承等… …含油轴承：由铜基粉末烧结而成，需加黄油润滑脂减少磨擦系数。
优点：耐外力冲击，成本较低。
缺点：长期使用后，润滑油会因摩擦发热而挥发；通常产品寿命为20000～30000小时。
液压来福轴承：采用液压自动循环油路系统，通过特殊油路连接轴承与储油槽，令润滑油形成循环回路，增加储油量，避免油流失。
是延长风扇寿命的经济型解决方案。
滚珠轴承滚珠轴承属滚动磨擦，运用金属珠运转，接触面少，磨擦系数少。
寿命一般在40000小时以上。
缺点：主要是工作噪音稍大，成本较高。
滚珠轴承还要防止乱摔与掉落，免得滚珠轴承受损，从而产生异音。
风扇轴承结构设计分类动压轴承FDB動壓溝槽的功能：儲存潤滑油防止潤滑油洩漏產生高壓支撐旋轉軸心动压轴承FDB结构设计FDB優勢軸承形式圖示潤滑條件精度噪音壽命(小時)抗振能力含油軸承邊界潤滑低中30,000~50,000中滾珠軸承滾動接觸高高80,000低動壓軸承完全潤滑高低>100,00高风扇转子----扇叶风扇转子组成：轴心/ 扇叶/ 马达壳/ 胶磁；叶片数目：风扇的叶片数目多数是7、9、11等奇数，若采用偶数扇叶，很容易使系统发生共振，将会使叶片或轴心发生断裂；扇叶平衡：扇叶的物理质心与轴心不在同一轴上，扇叶在运转时会造成扇叶的不平衡，即震动。
第三部分风扇性能与测试风扇性能----功率功率即风扇单位时间内所消耗的能量（电能），单位为W-瓦；额定电压：风扇工作时的标准供电电压；额定电流：风扇额定电压下工作时的工作电流；额定功率= 额定电压* 额定电流；额定功率= 额定电压* 额定电流；风扇性能----启动电压启动电压是指：在电源电压先归零条件下，接通风扇，旋转电压旋钮，使电压缓缓提高，能够使风扇启动的最小电压。
因板卡提供的电压可能会不稳定，启动电压越低，可确保在电压不稳时，能低压激活启动风扇。
常规12V风扇的启动电压都在7 V以下；常规5V风扇的启动电压都在3.5V以下；风扇性能----转速电流转速——即风扇扇叶在单位时间内旋转的周数，单位一般为rpm，即转/分钟。
转速可以影响到风速、风量、风压、噪音、功率，甚至使用寿命。
转速越高，风扇性能越强，即风速越快，风量越大，风压越大；同时，转速高，摩擦、振动就多、噪音就大，轴承等损耗设备的寿命就短。
风扇性能----FG信号波形* 风扇除正负两条电源线以外,还有第三条导线,输示波器测试出FG信号。
* FG信号的作用是供主板计算风扇的转速,还有当风扇出现异常停止转动时,信号线输出高压信号反馈给主板报警。
* 3Pin风扇无方波或波形有长短波，突波，都可能导致主板无法测速或出现测速误差。
风扇性能----PWM信号PWM测试仪•Intel为新型CPU设计了智能CPU风扇控制功能。
•该功能必须配合4Pin风扇来实现，其中一条就是PWM信号线。
•该功能可以自动调节CPU风扇的转速，当CPU工作温度较低时，风扇运行在低转速状态下；当CPU工作温度较高时，CPU风扇则运行在高转速状态下。
PWM——pulse width modulationPwm controlled fan风扇性能----风压P 、风量Q风压即风扇能够令出风口与入风口间产生的压强差，单位一般为mm water column ，即毫米水柱（类似于衡量大气压的毫米汞柱，但由于压强差较小，一般以水柱为单位）。
风量即单位时间内通过风扇出风口（或进风口）截面的空气体积，单位一般为cfm ，即立方英尺每分，或cmm ，即立方米每分；风扇性能----风压与风量的关系风扇产品所说明的风量与风压均为理想状态下的最大值，即风扇入风口与出风口之间无压强差状态下的风量（最大风量），以及风扇向密闭气室内吹风，直至风量为零状态下气室与外界气压的差值（最大静压）。
它们并非两个孤立的性能指标，而是互相制约着，之间的关系就是流体力学中流速与压强间的关系——风量随着压强差的增大而减小，风量、风压的测量需要借助风洞测试仪进行the standard of American AMCA-210同时风扇的选择，需要考虑系统阻尼；风扇性能----风压风量与系统阻尼风扇性能----噪音风扇噪音按类型分：机械噪音、气动噪音、电气噪音；噪音测试环境：无响室ISO7779标准；噪音值的单位为dB（A），它通常可用噪音计测量；无响室风扇性能----振动与平衡标准a. 动平衡概念与风扇平衡等级定义ISO1940 G6.3风扇性能----振动与平衡标准b. 不平衡成因与动静平衡的选择风扇性能----振动与平衡标准c. 振动成因与频谱分析风扇性能----信耐度测试1life5Vibration2Impeller Lock Test6Mechanical Shock3Power &Thermal Cycling7Humidity ExposureTest4Thermal Shock8Drop Test风扇性能----信耐度测试Test Item Q’ty Test Condition1.Life101.Temperature: +70℃2.Voltage: 12.0 V DC3.Duration: 4200 hours4.test cycle:0,1week,2week,3week,4week, 2months,3months,4months,5months……2.Impeller Lock Test 51.Temperature: +25℃or room temp.2.Voltage: 12.0 VDC3.STA temp. should be monitored (1pcs)4.Duration: 72 Hours5.Perform 500VAC/60sec dielectric strength test after locktestingTest Item Q’ty Test Condition 3.Power &Thermal Cycling 101.Low Temperature: -10℃/4hours2.High Temperature: +70℃/4hours3.Translation time: 1hours4.Rated voltage:13.8 VDC5.Cycles: 56.Power duty cycle: ON/5Min.; OFF/5Min.4.Thermal Shock 101.Low Temperature: -40℃2.High Temperature: +80℃3.Shock Time: 30minutes4.Transition Time < 5minutes5.Duty Cycles: 5风扇性能----信耐度测试Test Item Q’ty Test Condition5.Vibration101.Direction: X,Y,Z2.Frequency (Hz) PSD(g²/Hz)5-30 0.0430-500 0.0023.Time: 5minutes To All Three Directions6.MechanicalShock 101.Pulse Shape: 1/2 Sine Wave2.Peak Acceleration: 588 m/s² (equivalent 60g)3.Duration Of Pulse: 11ms4.Direction: X,Y,Z(3 Axis)5.Number Of Shocks: 5shocks For Each Direction.风扇性能----信耐度测试Test Item Q’ty Test Condition7.Humidity Exposure Test 101.Temperature: +60℃2.Humidity: 90% ～95%3.Duration: 168hours4. 5pcs are in operation(12VDC); 5pcs are in non-operation8.Drop Test1001.Height: 600mm2.Drop condition: One point / three side / six surface3.Drop Surface: 20mm Wood Board风扇性能----信耐度测试第四部分：风扇使用注意事项风扇储存温度湿度：Storage temperature-40 ℃~ + 70 ℃Relative humidity(45 ~ 85%)风扇极性要分清插反插错易烧毁！静电防护要落实；突波过流易挂机！ESD——Electro-Static discharge意思是“静电释放”的意思，取用风扇，拿取外框两侧，不可拉扯导线Hold the fan by frame side.Donot hold lead wires tosupport the fan.取用风扇，不可碰触或挤压扇叶与外框风扇严禁掉落地面，或敲击外框任何面风扇电源需依照规格电压安装使用。