軸流風扇與離心風扇的比較

若要因應系統中多餘的熱量，風扇是首選的熱管理解決方案，不但可以排出不要的熱量，還能為所有關鍵元件提供涼爽的空氣。除了控制系統功率，加裝散熱片或使用管道或冷板外，通常還需要產生強制氣流以進一步讓元件降溫。

如此一來，工程師就須在軸流風扇設計或離心風扇設計之間作出選擇。雖然做決定不會太複雜，但本文的重點在於概述每一個類型的基本運作原理，探討其常見的應用和用途，並總結其優缺點。

軸流風扇基本原理與應用

軸流風扇有時也稱為螺旋槳風扇，其傾斜的葉片安裝在馬達驅動的旋轉軸上 (或軸桿)。軸流風扇的運作原理是從一端吸入空氣，然後以與軸平行的方向從另一端強制排出 (圖 1)。這類風扇也常稱為管軸式風扇或葉輪式風扇，其實就是專門安裝在導管的軸流風扇。

圖 1：軸流風扇的基本氣流方向。(圖片來源：Same Sky)

軸流風扇可以提供幾乎各種尺寸，從板級到房間大小都有。即便尺寸不同，但操作上通常不會需要太多電力。這類風扇有交流電和直流電兩種款式，交流風扇會使用線路電流，通常額定電壓高於 100 V，而直流風扇的電壓則低許多，落在 3 至 48 VDC 之間，且通常由電池或電源供應器驅動。

軸流風扇產生的氣流量大，但壓力低。由於氣流均勻分散在指定的區域內，因此這種大量的低壓輸出，非常適合在各種大小的設備和空間中提供散熱。軸流風扇通常用於電腦或資料中心設備的散熱，也可用於 HVAC、空調冷凝器或熱交換裝置，以及工業系統中的局部冷卻，同時也可當作排風扇使用。

離心風扇的基本原理與應用

離心風扇亦稱為徑向風扇或離心式鼓風機，其動輪裝在馬達驅動的輪轂內，可將空氣吸入外殼內，然後以 90 度角 (垂直) 從出氣口排出到進氣口 (圖 2)。

圖 2：離心風扇的基本氣流方向。(圖片來源：Same Sky)

離心風扇屬於高壓低風量輸出裝置，本質上是對風扇外殼內的空氣進行加壓，進而產生穩定的高壓氣流，但是，若與軸流風扇相比，其空氣量更有限。由於這類風扇會將空氣從出氣口中排出，因此非常適合將氣流導向特定區域，對功率 FET、DSP 或 FPGA 等系統中會產生更多熱量的特定部分進行冷卻。離心風扇與軸向風扇一樣，也有交流電和直流電兩個款式，且具有多種尺寸、轉速和佔地空間，但通常會消耗更多電力。其封閉式設計可為多種活動零件提供額外保護，因此是可靠、耐用且抗損壞的選擇。

離心風扇和軸流風扇都會產生噪音與電磁雜訊，但離心式設計會比軸流款式更大聲。由於兩種風扇的設計都使用馬達，EMI 效應可能會影響敏感性應用的系統效能。

離心風扇可提供高壓、低風量輸出，因此非常適合在管路或管道系統等集中區域中提供氣流 (圖 3)，或用於通風和排氣用途。也因此非常適合用在空調或乾燥系統，再加上前面提到的額外耐用性，因此也適合用在有微粒、熱空氣和多種氣體的惡劣環境。對於電子應用來說，離心風扇通常會用於筆記型電腦，因為其外形小巧且具有更明顯的定向性 (氣流會以 90 度方向從進氣口排出)。

圖 3：離心風扇在管道系統中的應用。(圖片來源：Same Sky)

風扇的 EMI 和噪音考量

風扇產生的電磁干擾 (EMI) 是設計初期就要納入考量的重要因素。所有風扇都會從風扇本身產生輻射型 EMI，或者從電源導線產生傳導型 EMI。馬達磁鐵和定子繞組產生的未受控磁場 (UMF)，也可能會造成干擾。雖然僅限特定應用，但在設計初期就謹慎考量這些干擾，就可在之後節省時間和金錢。一般來說，直流風扇產生的 EMI 比交流風扇少。

圖 4：軸流風扇產生的雜訊通常比離心鼓風機少。(圖片來源：Same Sky)

另一個應用特定的設計考量因素是風扇產生的噪音。噪音會因應用、元件密度、在系統中的擺放位置、風扇大小、驅動的空氣量，以及所用的軸承類型等因素而有所不同。風扇中的軸承不僅會影響聲音效果，還會影響產品壽命與其他潛在應用。降低噪音的方式，通常包括改善風扇的擺放、提供機械隔離，或使用進風口格柵或出氣口擴散器。根據經驗法則：氣流 (CFM) 越大，噪音就越大聲。但如果較大的風扇和較小的風扇在 CFM 額定值上都差不多，較大的風扇通常可讓整體解決方案更安靜。如前所述，軸流風扇的設計通常比離心式選項更安靜。

最終比較

為了幫助我們總結，下表快速比較了軸流風扇和離心風扇的各種優缺點和特點。決定最佳選項的關鍵，將取決於最終系統的預定應用、可用空間和整體散熱要求。

圖 5：軸流風扇和離心風扇的基本特性比較。(圖片來源：Same Sky)

結論

使用軸流風扇或離心風扇就能讓產生多餘熱量的電子元件有效散熱。經過多年的使用和不斷改進，兩種方法皆已通過實證。Same Sky 提供一系列 DC 軸流風扇與離心式鼓風機，具有多種框架尺寸和氣流額定值，可滿足工程師特定的散熱要求。