PCB板级电热耦合的分析与优化

发布时间：2017-08-15 16:27

  本文关键词：PCB板级电热耦合的分析与优化

  更多相关文章： 电热耦合 有限体积法 焦耳热 电压分布 热分布

【摘要】：随着电路系统器件功率密度的增高,大量的电流需要通过电源传输网络(Power Distribution Network, PDN)来提供。流过走线、过孔、平面等导体的电流产生的焦耳热会影响材料的导热率,进而影响系统的热分布；热分布又会影响导体的导电率,进而影响系统的电压、电流分布。电热之间的耦合越来越严重,导致了温度升高以及互连线的可靠性问题。对于PDN,由于噪声容限和门限电压越来越低,电压的波动对系统的影响越来越大,使得系统供电分析变得越来越重要。传统的电路设计存在将电路和热路分开设计的缺点,为了准确的设计供电系统,除了要知道系统的工作电流、电压之外,还要考虑焦耳热、空气对流等因素对供电系统的影响。因此,本课题以电路和热路理论为主要依据,提出一种兼顾电热设计的新方法,进行了如下几个方面的研究：1.在传热学的理论基础上,利用热路等效分析电与热之间的相互影响,采用有限体积法对电压分布方程和热分布方程进行求解,奠定电热耦合迭代分析的理论基础。2.电热耦合分析,探讨电路与热路两者之间的关系,包括热路中的温度对电压分布、电流密度分布的影响,以及电路中的走线、过孔分布和焦耳热对温度分布的影响。3.电热耦合优化,提出热流控制概念,采用一种新的策略来对多层PCB中各向异性导热率进行优化设计,并验证其有效性。4.同时兼顾电路功能和热效应两个方面的设计,对电子系统设计的总体方法论具有深远的影响。基于提出的电热耦合概念,总结出一种新的兼顾电路功能和热效应的系统开发流程。
【关键词】：电热耦合 有限体积法 焦耳热 电压分布 热分布
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 引言11-17
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 论文主要工作及内容安排15-17
• 第二章 热路基础理论17-26
• 2.1 传热学基本原理17-21
• 2.1.1 热传导17-19
• 2.1.2 热对流19
• 2.1.3 热辐射19-21
• 2.2 热路的热阻、热容提取21-23
• 2.2.1 热阻的提取21-22
• 2.2.2 热容的提取22-23
• 2.3 热路与电路的等效23
• 2.4 边界条件的热路建模23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 电热耦合方法26-32
• 3.1 电与热的关系26-28
• 3.2 电热分布方程求解28-31
• 3.2.1 电压分布方程求解29-30
• 3.2.2 热分布方程求解30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 电热耦合分析32-54
• 4.1 电热耦合分析流程32-33
• 4.2 实验分析设计33-41
• 4.2.1 层叠设计35-38
• 4.2.2 VRM设计38
• 4.2.3 Sink设计38-39
• 4.2.4 器件功耗设计39
• 4.2.5 风扇和散热器设计39-40
• 4.2.6 多组实验设计40-41
• 4.3 热路对电路的影响41-50
• 4.3.1 温度对供电电压的影响41-42
• 4.3.2 温度对电压裕量的影响42-45
• 4.3.3 温度对电流密度的影响45-50
• 4.4 电路对热路的影响50-52
• 4.4.1 走线过孔对温度分布的影响50-52
• 4.4.2 焦耳热对温度分布的影响52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 电热耦合优化54-69
• 5.1 原理图设计54-55
• 5.2 层叠设计55-56
• 5.3 PCB结构设计56-57
• 5.4 建立仿真模型57-62
• 5.4.1 导入参数57-58
• 5.4.2 网格划分58-62
• 5.4.3 求解设置62
• 5.4.4 残差曲线62
• 5.5 热流控制的验证62-64
• 5.6 焦耳热的影响64-66
• 5.7 新的PCB设计流程66-68
• 5.8 本章小结68-69
• 第六章 结论与讨论69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 讨论70-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 作者在校期间发表的论文77-78
• 作者在校期间出版的专著78-79
• 作者在校期间参与的科研项目79-80
• 作者在校期间获奖情况80

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本文编号：679186