基于粒子群算法的PCB板上电子元件的热布局优化

论文摘要

随着电子信息技术的高速发展,电子设备热失效问题越来越成为制约电子设备集成化设计的瓶颈。在自然对流的情况下,电子元件位置的优化设计是热设计中最有效的方法之一,但就目前国内外研究状况来看,还没有一个成熟的理论和数学算法来解决此类问题。粒子群优化算法是一种基于群体的优化方法,它同其他进化算法相比,具有算法结构简单、运行速度快、参数设置少等优点,现已广泛应用于多个领域。因此运用粒子群优化算法对电子设备中PCB板上电子元件的热布局进行优化,对提高电子设备的可靠性具有十分重要的意义。本文以处于自然对流流场中的PCB板及其上电子元件阵列为研究对象,运用微元体热平衡法建立它在稳态温度场中的温度分布数学求解模型,在MATLAB环境下依靠数学模型求解具体算例,得到算例中PCB板上各电子元件的稳态温度值,用Icepak热分析软件仿真算例,同时验证所建数学模型是否合理、分析误差原因从而改进数学模型。在此基础上为了使PCB板上电子元件的稳态温度场分布合理,采用粒子群优化算法来实现PCB板上电子元件的热分布优化,试图在不改变散热的情况下,仅仅通过改变PCB板上电子元件的位置分布达到降低其最高温度的目的,并编写MATLAB优化程序代码,最后通过算例验证了文中方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外热设计研究动态现状
• 1.3 本文的选题与主要工作
• 第二章 热技术基础理论研究
• 2.1 电子设备系统各种热技术简介
• 2.2 热分析基础理论介绍
• 2.2.1 稳态温度场和瞬态温度场
• 2.2.2 热传递的基本方式
• 2.3 PCB热设计时最佳冷却方法的选择
• 2.4 热分析方法
• 2.5 常用热分析软件
• 2.6 本章小结
• 第三章 求解PCB板电子元件温度场分布
• 3.1 二维稳态导热的微元体热平衡数值解法
• 3.2 建立PCB板上电子元件的稳态温度场数学模型
• 3.3 依靠算例验证数学模型的合理性
• 3.3.1 算例
• 3.3.2 在Icepak环境下模拟仿真算例物理模型
• 3.3.3 对比分析理论结果与仿真结果、判断数学模型是否合理
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于粒子群优化算法的温度场热优化布局
• 4.1 粒子群优化算法的基本思想
• 4.1.1 一般粒子群优化算法原理
• 4.1.2 离散粒子群优化算法原理
• 4.2 求解PCB板上电子元件热布局优化的DPSO操作
• 4.3 PCB板上电子元件热布局优化的实例分析
• 4.3.1 优化3.3.1节算例并且用Icepak仿真分析算例
• 4.3.2 PCB板上电子元件热分布优化前后结果对比与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献