Progetto di un Sensore di Corrente Isolato a Banda Larga

The introduction of GaN technology in power switches has enabled the development of high-performance converters capable of switching at fundamental frequencies in the tens of MHz range. Consequently, the currents to be measured also exhibit components at those frequencies, and to accurately acquire them, sensors with bandwidths that are multiples of the switching frequency are required. In power converters, current measurement is typically performed using galvanically isolated sensors; however, the best commercially available devices cover bandwidths from DC up to 1–5MHz, with only one known case reaching 10MHz. This gives rise to a challenge that has been addressed in the literature by developing high-bandwidth isolated sensors, capable of acquiring only the AC component, and integrating them with lower-bandwidth sensors that can also measure the DC component. The aim of this thesis is therefore to analyze some of the solutions proposed in the literature and, based on one of them, to implement a fully integrated version that targets an increased sensitivity of the high-bandwidth sensor and enables measurements in the presence of high switching-node voltages. The possibility of interfacing with a rapid control prototyping (RCP) system is also introduced.

L'introduzione della tecnologia GaN negli switch di potenza, ha consentito lo sviluppo di convertitori ad alte prestazioni capaci di commutare a frequenze fondamentali di decine di MHz. Di conseguenza, anche la corrente da misurare si trova a quelle frequenze, e per acquisirla accuratamente, servono sensori con bande che siano multipli delle frequenze di commutazione. Nei convertitori spesso la misura della corrente è fatta con sensori galvanicamente isolati, ma le bande dei migliori commercialmente disponibili misurano da DC a 1-5MHz, e solo in un caso si raggiungono i 10MHz. Nasce quindi un problema che in letteratura viene risolto sviluppando dei sensori isolati a banda elevata, in grado di acquisire la sola componente AC, e di integrarli con sensori a banda inferiore in grado però di misurare anche la componente DC. Lo scopo di questa tesi è quindi di analizzare alcune delle soluzioni proposte in letteratura, e basandosi su una di esse, realizzarne una versione totalmente integrata che mira ad aumentare la sensibilità del sensore a banda elevata e consentirgli di effettuare le misure anche con elevate tensioni del nodo di commutazione. Si introduce inoltre la possibilità di interfacciarsi con un sistema di prototipizzazione rapida.