Günümüzde askeri alanlarda kullanılan mikro elektronik teknolojisindeki
ilerlemeler mevcut güç kaynaklarının tasarımlarının yenilenmesini gerekli kılmıştır.
Özellikle düşük çıkış voltajı ve yüksek akım kapasitesine sahip güç birimlerine olan
gereksinimde büyük artış olmuştur. Bu süreçte yükteki ani akım değişim taleplerine
hızlı cevap verebilen, yüksek enerji verimliliğine sahip, küçük boyut ve hacimli, esnek
kontrol yapısı ile haberleşmeye uyumlu sistemlerin tasarımı öncelik ve önem
kazanmıştır. Bu çalışmada bahsedilen talepleri karşılamak üzere Texas Instruments (TI)
firması tarafından üretilen UCD9112 geliştirme kartı kullanılarak dijital kontrol
yaklaşımı ile yüksek frekanslı iki fazlı senkronize DC-DC alçaltıcı çevirici mimarileri
incelenmiştir. Bu amaçla, öncelikle, istenen özelliklere sahip bir kontrolün
gerçeklenebilmesi amacıyla alçaltıcı çevirici güç katına ait küçük-sinyalli işaretler için
modeller oluşturularak, sistemin açık çevrim transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Daha
sonra, elde edilen transfer fonksiyonuna göre analog kontrol tasarımı yaklaşımı ile
istenilen çıkışı sağlayacak kompanzasyon parametreleri belirlenmiştir. Belirlenen bu
analog kontrol kompanzasyon parametreleri kullanılarak, dijital kontrol için gerekli olan
kompanzasyon katsayıları hesaplanmış ve UCD9112 dijital PWM kontrolörü
programlanmıştır. Sonuç olarak, 12 V girişli 1.8 V ve 40 A çıkış kapasitesine sahip bir
tasarım gerçeklenmiş ve test edilmiştir. Test sonuçları ile ileri elektronik sistemlerin yer
aldığı askeri uygulamalardaki güç ihtiyaçlarını karşılamada dijital tabanlı yüksek
frekanslı çok fazlı senkronize çeviricilerin avantajları ortaya konmuştur.
The advances in microelectronics used for military applications have resulted in
a need to redesign and improve the quality of the power supplies used in various
applications. Especially, demand for power supply modules with low output voltage and
high current capabilities has increased considerably. Moreover, design of systems
having fast response for load current variations, flexible control architecture enabling
communication, high power conversion efficiency and smaller in size have achieved
importance and precedence. In this project, a high frequency two phase synchronous
DC-DC buck converter topology, which achieves these demands, has been studied and
evaluated. The digital control implementation and evaluations were done using Texas
Instruments product UCD9112 evaluation module. To design the control system, the
open-loop transfer function of the power stage is obtained using the small signal models
of the buck converter. Then, the compensation parameters, which provide the desired
regulation requirements, are found using the analog control approach. Later, these
parameters are used to determine the compensation coefficients required for the digital
control implementation within the UCD9112 digital PWM controller. Finally, a design
with 12 V input and 1.8 V output with 40 A output capability has been evaluated
experimentally. The test results demonstrate the advantages of digital control in the
design of high frequency multiphase synchronous DC-DC converters and show the
potential of such converters in supplying the power requirements of the military loads.
