[发明专利]一种PCB电子元器件优化布置的热设计方法

说明书

本发明公开了一种PCB电子元器件优化布置的热设计方法，包括根据PCB板尺寸大小以及需要放置的功率元器件进行预分配，并用二维阵列式布置模型进行功率元器件排布和编号；根据所需工况确定二维阵列式布置模型的关键优化系数；通过改进后的模拟退火算法对二维阵列式布置模型进行优化，每次迭代过程中的新解产生的同时改变对应部分阵列的位置，在进行多次退火迭代之后得到最优二维阵列式布置模型；采用所得到的最优二维阵列式布置模型进行PCB板的功率器件布置。本发明解决了传统元器件布置优化方法的位置需要固定的问题，可以得到PCB电路板更低的平均温度，为元器件的布置方法提供了更多灵活选择，保证电子元器件的安全使用和工作寿命。

技术领域

本发明属于电力电子元器件散热技术领域，具体涉及一种PCB电子元器件优化布置的热设计方法。

背景技术

电子设备热分析与散热技术又称作热模拟技术，该技术主要是运用数学模拟计算的方法来获取电子设备的温度场，主要作用是使电子产品的工作温度控制在合理范围之内，延长使用寿命。

目前，研究较多的热设计技术主要有：强制空气对流冷却技术、电子元件布置优化、热管换热技术、液冷技术、沸腾冷却技术等。电子元件布置优化还采用了如遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法等。

在实际应用过程中，电子元件布置优化通常会受实际工况因素的制约，目前的模拟退火算法布置方法也较为单一，不能得出更多元器件位置布置的方案，对全局温度的优化有一定影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种PCB电子元器件优化布置的热设计方法，以改进的模拟退火算法进行研究，与传统的模拟退火算法相比，能够解决元器件布置位置不灵活的问题，从而降低了电子元器件工作时的全局温度。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种PCB电子元器件优化布置的热设计方法，包括：

S1、根据PCB板尺寸大小以及需要放置的功率元器件进行预分配，并用二维阵列式布置模型进行功率元器件排布和编号；

S2、根据所需工况确定二维阵列式布置模型的关键优化系数；

S3、通过改进后的模拟退火算法对二维阵列式布置模型进行优化，得到最优二维阵列式布置模型，所述最优二维阵列式布置模型的全局阵列位置最优；

S4、采用所得到的最优二维阵列式布置模型进行PCB板的功率器件布置。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤S1中，二维阵列式布置模型将所需布置的功率元器件数量x个，排布在矩形PCB板上平均分配m行、n列的阵列位置，并且满足x＝m*n；

对阵列位置的功率元器件进行从1至x的依次编号。

上述的步骤S2中，所述关键优化系数包括：

P：表示改进后的模拟退火算法接受新解的概率，其遵循Metropolis准则：

在式(1)中，

K:代表Boltzmann常数，是涉及温度及能量的一个物理常数；

T:表示每一次算法迭代的温度值；

E_i、E_j分别是改进后的模拟退火算法迭代过程中的第i代状态和第j代状态，并且i＝j+1；

D：表示阵列位置移动距离，根据所需优化PCB板的大小以及功率器件阵列布置进行选取。

上述的步骤S3中，改进后的模拟退火算法对二维阵列式布置模型的优化步骤如下：