Progetto di un convertitore DC/DC con transistor in Nitruro di Gallio (GaN) e simulazione post-layout

L’obiettivo dell’elaborato sono la progettazione e la simulazione (con estrazione di parassiti di layout) di un convertitore switching in corrente continua operante alla frequenza di 1 MHz in grado di convertire una sorgente di 48V ad una tensione di uscita di 12V, sfruttando transistor in Nitruro di Gallio (GaN). Recentemente è stato dimostrato in letteratura che l’utilizzo di transistor GaN consente di ottenere significativi vantaggi nei circuiti di conversione della potenza: minore ingombro, densità di potenza più elevate, maggiore efficienza di conversione. Per il progetto ottimizzato del convertitore è stata effettuata una fase di individuazione dei componenti commerciali idonei allo scopo. Sfruttando il simulatore circuitale LTSPICE, è stato progettato lo schema circuitale ed è stato simulato ad elevate frequenze di commutazione per verificarne il corretto funzionamento. Al fine di evidenziare le differenze di funzionamento tra circuito ideale e circuito stampato è stato realizzato un layout utilizzando il tool KICAD cercando di curare a livello di progetto le parti notoriamente critiche. Sono state poi effettuate simulazioni elettromagnetiche per l’estrazione dei parassiti con un tool di Keysight (ADS) in modo da valutarne l’impatto in termini di funzionamento, prestazione ed efficienza di conversione. Infine, come caso di studio rilevante nella presente analisi, è stato preso in considerazione un ulteriore layout di circuito similare a quello discusso in precedenza non ottimizzato nelle parti più critiche, per scelte deliberate di progetto. Questo ha consentito di mettere in evidenza problematiche e criticità, permettendo di individuare possibili soluzioni atte a contrastare l’effetto dei parassiti sul funzionamento del circuito.