Analisi e ottimizzazione di un sensore di corrente per regolatori a commutazione con power FET integrati = Analysis and optimization of a current sensor for switching regulators with integrated power FETs

Il lavoro presentato in questa tesi è stato svolto con il patrocinio dell’azienda Analog Devices Inc. e riguarda la caratterizzazione e l’ottimizzazione di un sensore di corrente integrato, utilizzato in diverse applicazioni di potenza sviluppate dalla stessa azienda. Il sensore in oggetto viene identificato con l’acronimo IRECON, dall'inglese "Current Reconstructor", ed è un circuito ad anello chiuso basato sulla tecnica di sensing lossless con Replica FET. Esso viene utilizzato per ricostruire una copia scalata della corrente che scorre nei dispositivi di potenza DMOS, impiegati nei regolatori switching step-down integrati che alimentano circuiti digitali a bassa tensione, con picchi di assorbimento fino a 50 A. L’obbiettivo principale della tesi è quello di ricercare e simulare soluzioni che permettano di ottenere una banda del sensore più larga, così che questo possa essere utilizzato in applicazioni con frequenze di commutazione più elevate rispetto a quelle attuali. Contemporaneamente a ciò, viene verificato anche che le modifiche apportate non causino il peggioramento delle prestazioni di misura, aumenti significativi del consumo di corrente o di area occupata. Tutti i benefici ottenibili dalle soluzioni progettate sono stati simulati al calcolatore, con l’ausilio degli applicativi sviluppati da CADENCE. Per ogni modifica apportata alla topologia originale del circuito, sono stati valutatati gli effetti positivi e negativi sul sistema di misura, riportando il confronto con la soluzione già esistente e motivando accuratamente le scelte fatte. I risultati ottenuti sono, per l’azienda in questione, di interesse commerciale e creano spunti per futuri miglioramenti al circuito. Per questo motivo si prospetta, ad oggi, la fabbricazione di applicazioni contenenti la nuova versione del sensore che viene presentata in questo documento.