【摘 要】
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随着电子信息产业的不断发展,现代电力电子设备朝着高效小型化、高频高性能化、高功率密度化和多功能化方向发展,这就导致电力电子设备的功率损耗和功率密度不断增大,对电力电子设备的热设计要求日益提高。印刷电路板（PCB）作为电子元器件的载体,在器件的散热过程中是一个非常重要的环节,因此对电力电子设备的PCB导热性能做优化提高具有研究价值。本文以小功率DC/DC变换器作为实验验证平台,重点研究PCB导热性能
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随着电子信息产业的不断发展,现代电力电子设备朝着高效小型化、高频高性能化、高功率密度化和多功能化方向发展,这就导致电力电子设备的功率损耗和功率密度不断增大,对电力电子设备的热设计要求日益提高。印刷电路板（PCB）作为电子元器件的载体,在器件的散热过程中是一个非常重要的环节,因此对电力电子设备的PCB导热性能做优化提高具有研究价值。本文以小功率DC/DC变换器作为实验验证平台,重点研究PCB导热性能的提高和器件散热布局的优化,主要研究内容如下:利用传热学的基本原理,分析PCB热阻模型,探索PCB热阻最小化设计方案。详细分析了过孔排列方式、过孔直径、过孔间距、过孔填充物、PCB内层铜厚、PCB铺铜面积、多器件热耦合等因素对PCB导热能力、温度分布的影响,然后通过计算流体动力学（CFD）仿真软件Flo THERM和物理实验测量验证理论模型,提出相应的热设计准则。基于力导向布局算法,提出了一种适用于PCB元件布局的热力导向新算法。通过改进热力模型,考虑到元件的尺寸问题,有效克服了原算法中出现的元件重叠和越界问题。通过算法获得元器件的位置布局后,使用热仿真软件进行不同元件数量和不同元件功耗相关的仿真验证,仿真结果表明,发热元件分布更加均匀,不靠近边缘位置,且保持了最优元件布局。设计一款基于DSP控制的双向DC/DC变换器作为热优化验证平台。分析了变换器的主电路拓扑设计结构,计算出变换器的核心元件以及主要发热源MOSFET的功率损耗值。根据提出的热设计准则对DC/DC变换器进行布局优化设计,改进散热结构。使用Flo THERM热分析软件对改进后的变换器进行热仿真,验证了其散热性能较原设计有大幅度的提高。然后搭建物理实验平台,对样机进行调试运行和测试,改进后的PCB具有更好的散热性能和更高的效率,对设计出具有良好导热能力的PCB有重要的指导意义。
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