A traditional high-power front-end DC-DC converter can be replaced with an array of paralleled standardized converter modules when modular design is applied. Modular front-end DC-DC converters represent many desirable properties such as expandability of output power capacity, redundancy implementation, simplified thermal management, and reduced design cost. However, in order to benefit from modular design, load current sharing must be accomplished among the paralleled modules. In this thesis, an LLC resonant converter is proposed as an unregulated DC-DC transformer (DCX) module for modular front-end DC-DC converter applications. In order to achieve current sharing capability, the droop current sharing method is employed in the LLC DCX module. To implement the droop method, both voltage feedback loop of the converter and inherent gain characteristic of the LLC resonant converter topology are utilized. To select the circuit components of the proposed module, a methodical design process is presented. Practical design considerations including planar transformer implementation, secondary-side rectifier selection, primary-side MOSFET selection and control loop implementation are investigated. A 500kHz 200W LLC DCX module converting 360-400VDC input to 12.5-11.75VDC output is built and its performance characteristics are demonstrated. The dimension of the module is 106mm × 61mm × 13mm and it achieves 89.9% efficiency at full load. A two-module array 400W front-end DC-DC converter and a three-module 400W front-end DC-DC converter having 2+1 redundancy configuration are implemented to demonstrate both steady-state and transient current sharing performance of the proposed module.

Modüler tasarım sayesinde geleneksel yüksek güçlü bir ön-uç DA-DA çevirici, birbirine parallel standart çevirici modüllerinden oluşan bir dizi ile yer değiştirilebilir. Modüler ön-uç DA-DA çeviriciler çıkış gücünün arttırılabilir olması, yedeklilik uygulanabilmesi, basit ısıl yönetim, düşük tasarım maliyeti gibi birçok istenen özelliğe sahiptirler. Ancak, modüler tasarımdan fayda sağlanması için birbirine parallel modüller arasında yük akımı paylaşımı sağlanmalıdır. Bu tez çalışmasında, LLC rezonant çeviricinin modüler ön-uç DA-DA çevirici uygulamalarında regüle olmayan bir DA-DA trafo (DCX) olarak kullanılması önerilmiştir. LLC DCX modüle akım paylaşım kabiliyetinin kazandırılması için gerilim düşümü akım paylaşım yöntemi kullanılmıştır. Gerilim düşümü yönteminin uygulanmasında gerilim geri besleme döngüsü ve LLC rezonant çeviricinin kendine has kazanç karakteristiği kullanılmıştır. Önerilen modülün devre elemanlarının belirlenmesi için sistemli bir tasarım süreci sunulmuştur. Düzlemsel trafonun gerçeklenmesini, sekonder taraf için doğrultucu seçimini, primer taraf için MOSFET seçimini ve kontrol döngüsünün gerçeklenmesini içeren pratik tasarım konuları incelenmiştir. 360-400VDA giriş gerilimini 12.5-11.75VDA çıkış gerilimine çeviren 500kHz 200W'lık bir LLC DCX modül ortaya konmuş ve bu modülün performans karakteristikleri sunulmuştur. 106mm × 61mm × 13mm ölçülere sahip modülün verimi tam yükte %89.9 olarak ölçülmüştür. Önerilen modülün sürekli ve süreksiz durumda akım paylaşım performansının gözlemlenmesi amacıyla iki modülden oluşan 400W'lık ön-uç DA-DA çevirici ile üç modülden oluşan 2+1 yedeklilik yapısına sahip 400W'lık ön-uç DA-DA çevirici gerçeklenmiştir.