Akım Modlu DC/DC Buck Dönüştürücü Devresine Yönelik Yeni Bir Empedans Çarpıcı Tabanlı Tip-II Kompanzasyon Devresi Tasarımı

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2025

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Durmuş Ersoy

Danışman: Fırat Kaçar

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

DC/DC dönüştürücüler, sabit bir doğru akım gerilimini farklı bir seviyeye dönüştürmek için kullanılan temel güç elektroniği devreleridir. Özellikle buck dönüştürücüler, düşük çıkış gerilimlerine ihtiyaç duyan birçok elektronik sistemde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu dönüştürücüler, yüksek verimlilik, düşük gürültü ve hassas çıkış gerilimi sağlama avantajları sunmaktadır. Ancak, buck dönüştürücülerde kullanılan kompanzasyon devreleri, çip üzerinde yüksek değerli pasif bileşenlerin entegrasyonu nedeniyle büyük çip alanı ve yüksek maliyet gibi tasarım zorluklarıyla karşı karşıyadır. Bu tezde, buck dönüştürücülerde kullanılan kompanzasyon devrelerindeki yüksek değerli kapasitörlerin yerine kullanılmak üzere yeni bir kapasitans çarpıcı devresi önerilmiştir. Önerilen devre, empedans çarpıcı modeli temelinde geliştirilmiş olup, yalnızca kapasitans çarpıcı değil, aynı zamanda direnç ve endüktans çarpıcı olarak da çalışabilen genişletilmiş bir yapı sunmaktadır. Devre, elektronik olarak kontrol edilebilir bir yapıya sahip olup, iki ucu serbest bir tasarımla esneklik sağlamaktadır. Önerilen devre, 0.18µm TSMC CMOS teknolojisi kullanılarak tasarlanmış ve LTspice yazılımında zaman alanı ve frekans alanı simülasyonları ile doğrulanmıştır. Deneysel doğrulama amacıyla OPA861 OTA entegresi kullanılarak devrenin prototipi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, ELECTRIC VLSI yazılımı kullanılarak çip üzerindeki yerleşim tasarımı yapılmıştır. Tez kapsamında önerilen kapasitans çarpıcı devresinin performansı, literatürdeki diğer kapasitans çarpıcı devreleri ile karşılaştırılmış ve düşük çip alanı kullanımı ile benzer elektriksel performans sunduğu gösterilmiştir. Monte Carlo ve PVT analizleri, devrenin proses, besleme gerilimi ve sıcaklık değişimlerine karşı yüksek kararlılık sağladığını ortaya koymuştur.