在您的PCB中减少冷却风扇的电噪音

谁没有打开过自己的PC或笔记本电脑，仔细观察过它的风扇和散热片呢？如果你正在使用高速组件、高频组件或功率组件，那么你将需要设计一种冷却策略来将热量从这些组件中移除。除非你想使用核选项，安装一个蒸发冷却单元或构建一个水冷系统，否则当你使用冷却风扇时，你将获得最佳效果和最小的形状因子。将风扇加到散热片上以帮助对流散热是一个好主意。

风扇电噪声和辐射EMI

无论你使用哪种方法来冷却你的系统，或者如果你正在构建一个冷却系统，根据驱动风扇的方法，有一些特定的EMI/EMC点需要考虑。

交流驱动

交流驱动的风扇在紧凑系统中较少使用，因为没有频率控制就无法控制速度，而这些系统通常在高交流电压下运行。因此，它们更可能在工业系统中找到。这些风扇可以在基本频率和更高阶谐波处产生显著的传导EMI（共模和差模），然后通过电源/地线传播。这通常可以通过共模滤波（LC网络）去除，接着是差模滤波（另一个LC网络），以及串联的RC滤波器。

直流驱动

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虽然直流风扇看起来可能在电气上没有噪声，但它们确实会产生声学和电气噪声。不同类型的风扇会产生它们自己的电磁干扰（EMI），这使得通过EMC测试变得困难。即使是直流驱动的电机也会因为用于吸引和排斥转子的旋转磁体而产生EMI，这在换向时产生强烈的开关噪声。直流风扇产生的EMI通常限于风扇电源线中的传导EMI（对于2线直流风扇）。这种风扇电气噪声通常注入到公共地线中，在任何驱动风扇的放大器的输出处重新出现。

简单的单轴直流冷却风扇

这并不是说直流风扇不会产生辐射电磁干扰（EMI），但由于永磁体和定子绕组产生的未受限磁场（UMF）的存在，辐射EMI将与转速频率相同。几乎所有的风扇在某种程度上都存在UMF，但处理UMF的第一步是制造商的责任。一些制造商会在他们的风扇中放置一个薄钢制外壳，至少在两个安装平面上抑制UMF。这意味着辐射EMI在很大程度上依赖于风扇的方向。

UMF产生的辐射EMI可以在附近的高感抗电路中引起低频纹波电流。较大的风扇通常需要更强的磁场来驱动，因此它们在给定的转速下会展示出更强的EMI。然而，即使在数千RPM的转速下，这种辐射EMI的频率也只会在数百Hz的范围内。

PWM 驱动

PWM 驱动的风扇通过改变占空比和 PWM 信号来控制速度。使用 PWM 驱动时，你正在使用一个开关MOSFET或其他具有变化占空比的电路。注意，通过设置适当的占空比和脉冲频率来提供速度控制。这实际上相当重要，因为在极端情况下，如果脉冲频率非常低，风扇可能会在 PWM 信号低时减速至停止。如果 PWM 信号非常快（高频率），由于你尝试过快驱动风扇，你会听到一些由于混叠效应而产生的有趣噪音。

在使用PWM驱动的风扇中，大多数PWM驱动器会产生高频共模噪声，频率可达MHz范围。通过PWM驱动的感应电机可能会通过电源线以传导EMI的形式在附近电路中引入共模噪声，这可能会影响您的EMC等级。这种类型的风扇驱动在需要速度控制的计算机中更为常见。注意，这还需要使用温度控制和速度调节电路来确保风扇保持稳定速度，以便控制器可以根据需要增加/减少占空比。

简单的单轴直流冷却风扇

请注意，PWM电路本身也会因为过冲/振铃产生传导EMI。这应该被平滑或过滤，但在你添加旁路电容或磁珠到你的风扇输入端之前，你应该检查你的风扇制造商的指南。我见过的解决这个问题的建议包括构建一个LC滤波器，到一个带阻滤波器以去除振铃信号，到在输出端使用RC滤波器。无论如何，确保你的过滤策略满足你的制造商的推荐。

如果PWM信号的上升时间很快，那么你可能会遇到与开关模式电源中看到的类似问题，其中切换信号在一些附近的电路中引起串扰。如果你使用高电流PWM信号驱动大型风扇，PWM信号的切换动作可能会导致附近数字电路的非自愿切换。这种情况不论PWM脉冲列的频率或占空比如何都会发生。此时，你应该考虑为PWM电路添加一些屏蔽。

选择风扇和减少风扇电噪声

由于传导EMI是在设计使用风扇的系统时需要首先解决的主要因素，你需要想出一些方法来解决这种噪声。如果你打算采取过滤策略，那么你应该花些时间来确定你需要过滤哪些频率。就我个人而言，我会花时间订购几个风扇，并使用示波器在敏感组件的原型或评估板上测试它们。虽然你可能不喜欢花费100美元购买一些风扇，并等待几天它们通过邮件到达，但这总比忽视一个噪声源，然后不得不重新设计你的电路板的一部分要好。

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