差分进化算法在印刷电路板热布局优化中的应用
印刷电路板在电子通讯设备、电子计算机、家用电器等方面广泛应用。近几十年来，电子信息技术的快速发展，电子元件的尺寸逐渐缩小，电子元件排布越来越密集，使其散热面积减小，而电子设备热耗散持续增长。如果电子设备内部产生的热量没有被及时扩散，温度将会上升，电路板容易产生过热现象，导致电子元件失效或烧坏。因此，对电力电子设备进行热分析与热设计，加速其散热，能够提高设备的可靠性，具有非常重大的意义。本文应用一种改进的差分进化算法优化电路板中电子元件的布局，从而达到降低电路板温度的目的。 首先，本文运用微元体热平衡法建立印刷电路板中电子元件的数学模型。应用微元体热平衡法分析了电子元件的热传递过程，特别是对内部节点和边界节点进行分析，从而发现温度升高的原因以及解决的方法。以假设的已知参数为依据，建立电路板的热平衡方程后，在MATLAB软件中求解出各个节点的稳态温度值。此外，以一块实际电路板为例，运用理论求解出温度与实际温度比较该方法的准确性。 其次，本文对差分进化算法进行了改进。一般地，差分进化算法主要是用于解决连续问题，为了解决离散问题，本文将差分进化算法进行二进制化处理。为了让差分进化算法的收敛速度更快，进一步对二进制差分进化算法变异操作中的变异公式和交叉操作中的交叉率进行改进。本文将改进的差分进化算法应用于规则分布的电子元件的位置寻优中，得到新的电子元件布局和新布局的理论求解结果。 最后，本文通过实验验证改进的差分进化算法优化电路板电子元件布局的有效性。基于电子元件的分布情况，进一步用ANSYS软件仿真出优化前后的温度情况，此外，利用水泥电阻在实际的电路板上搭建优化前后的电路，利用红外热像仪检测电路板的温度分布情况。通过分析ANSYS仿真的结果和红外热像仪所拍摄到的结果，证明改进的差分进化算法能有效优化电路板中电子元件的热布局。
印刷电路板;电子元件;热布局优化;散热性能;差分进化算法
广西大学
硕士
控制理论与控制工程
林靖宇
2016
中文
TN602
57
2016-12-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）