Fully digital parallel operated switch-mode power supply modules for telecommunications

Abstract

H ÖZ HABERLEŞME UYGULAMALARI İÇİN TAMAMEN SAYISAL PARALEL ÇALIŞAN ANAHTARLAMALI GÜÇ KAYNAĞI MODÜLLERİ KUTLUAY, Koray Doktora Tezi, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Prof.Dr. Muammer ERMİŞ Ortak Tez Danışmanı: Prof.Dr. Işık ÇADIRCI Eylül 2005, 171 sayfa Sayısal kontrollü, yüksek güçlü evrensel telekomünikasyon güç kaynaklan geliştirilmiştir. Bu çalışmada çevirgeç kontrol stratejisinin önce paralel çalışan, çift, 8-bit mikrodenetleyiciler ve daha sonra yüksek işlem güçlü sayısal sinyal işleyici (DSP) kullanılarak tasarım ve geliştirirni vurgulanmıştır. Önerilen çift işlemci tabanlı sayısal kontrol ünitesi geniş çıkış çalışma gerilim aralığı, kullanıcı tarafından ayarlanabilen akım. sınırı, paralel çalışan modüller arasından otomatik efendi-köle seçim özellikli seri haberleşmeye dayalı aktif yük paylaşımı, kullanıcı tarafından ayarlanabilen akü hücre sayısı, programlanabilen sıcaklık kompanzasyon eğrileri ve otomatik güç sınırlaması özelliklerini ek bir donanım ihtiyacı olmadan sağlamaktadır. Ayrıca, aşırı yüklenme ve çıkış kısa devrelerine karşı koruma da sayısal olarak kontrol edilmektedir. viSayısal kontrol ünitesinde kullanılan mikrodenetleyicilerden birisi kullanıcı arayüzü, uzun süreli kayıtlar, alarm ve uzaktan kontrol gibi doğası gereği yavaş işlevleri yerine getirmek için kullanılmaktadır. Çıkış gerilimi ayarlama, akım sınırlama ve aktif yük paylaşımı gibi hızlı kontrol gerektiren işlevler modüllerin çıkış gerilimini ayarlamaya ayrılmış ikinci bir işlemci tarafından karşılanmaktadır. Telekomünikasyon güç kaynaklarının sıkı dinamik yük regülasyon ihtiyacı ucuz 8-bit mikrodenetleyicinin yerine 150 MIPS bir DSP kullanılarak karşılanmıştır. Gerçekleştirilen sayısal kontrollü, 1.8kW, 0-70V telekomünikasyon güç kaynaklan sahada birçok yerde basan ile test edilmiştir. Anahtar kelimeler: Anahtarlamalı güç kaynaklan, sayısal kontrol, da-da güç çevirgeçleri vii

ABSTRACT FULLY DIGITAL PARALLEL OPERATED SWITCH-MODE POWER SUPPLY MODULES FOR TELECOMMUNICATIONS KUTLUAY, Koray Ph.D., Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof.Dr. Muammer ERMİŞ Co-supervisor: Prof.Dr. Işık ÇADIRCI September 2005, 171 pages Digitally-controlled, high power universal telecommunication power supply modules have been developed. In this work, the converter control strategy, and its design and implementation first, by means of parallel-operated, dual, 8-bit microcontrollers, and then by using a high processing power digital signal processor (DSP) have been emphasized. The proposed dual-processor based digital controller provides an extended operating output voltage range of the power supplies, user programmable current limit setting, serial communication based active load current sharing with automatic master-slave selection among parallel-operated modules, user selectable number of back-up battery cells, programmable temperature compensation curves, and automatic derating without extra hardware requirement. Overload and output short-circuit protection features are also controlled by software. IVOne of the processors in the digital controller is employed for user interface purposes such as long term records, display, and alarm facilities, and remote control, which are inherently slow processes. The fast processing speed required by output voltage setting, current limit, and load current sharing however is to be fulfilled by a second processor dedicated to the adjustment of output voltages of modules. Tight dynamic load regulation requirement of a telecommunication power supply has been fulfilled by a 150 MIPS DSP, in place of a low cost, 8-bit microcontroller. The implemented digitally-controlled, 1.8 kW, 0-70V telecommunication power supplies have been tested successfully in several locations in the field. Keywords: Switch mode power supplies, digital control, dc-dc power converters