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Il grande sviluppo che il settore automotive ha conosciuto negli ultimi anni ha fatto sì che attualmente le applicazioni dell’elettronica all’interno di un’autovettura siano molteplici ed estremamente diversificate, molte peraltro ormai talmente radicate, da quasi non far più notare la loro presenza ai passeggeri, che quotidianamente se ne avvantaggiano.
La presente tesi è stata svolta presso il design-center di austriamicrosystems, sezione automotive, che ha sede a Pisa, utilizzando una nuova tecnologia CMOS 0.35 μm high- voltage, recentemente sviluppata dall’azienda. La crescita del mercato e le richieste dello stesso, portano infatti al concepimento e all’implementazione di tecnologie sempre più avanzate, che associno robustezza ed affidabilità ad ingrombi il più possibile ridotti. All’interno del settore automotive, il lavoro della presente tesi tratta la progettazione full-custom di celle analogiche finalizzate al controllo motori. Infatti, il numero dei motori elettrici presenti su una comune automobile è considerevole, può addiruttura raggiungere l’ottantina qualora si prendano in considerazione autoveicoli di categorie superiori. Questo ampio utilizzo porta all’esigenza di disporre di opportuni circuiti di controllo, che presentino buone caratteristiche di affidabilità e di intelligenza.
Il classico meccanismo di pilotaggio di un motore si basa sull’utilizzo di un ponte di interruttori, che fino a non molto tempo fa veniva implementato esclusivamente tramite componenti discreti, ma che ormai le moderne tecnologie permettono di integrare insieme alla logica di controllo, quanto meno per correnti non troppo elevate.
Un circuito completo per il controllo dei motori è invece costituito da un complesso sistema, che ha il suo cuore in un controllore, tipicamente un microcontrollore digitale da qualche anno a questa parte. Attorno ad esso operano una serie di dispositivi di controllo, di monitoraggio e di sicurezza. Innanzitutto opportuni driver, che dovranno pilotare i gate dei MOSFET del ponte. Sono presenti poi circuiti di protezioni contro le sovratensioni e le inversioni di alimentazione, regolatori di tensione, pompe di carica, sensori di temperatura, spesso circuiti per il controllo PWM. È praticamente sempre presente un dispositivo di limitazione della corrente nel motore, nonché un circuito per il suo rilevamento, in quanto conoscere la misura della corrente è essenziale nel controllo di un motore, essendo essa direttamente proporzionale alla coppia motrice. Talvolta possono essere presenti ed integrati insieme al resto del circuito anche sensori di posizione e di velocità, per effettuare un controllo ad anello chiuso.
Questa tesi ha focalizzato la sua attenzione essenzialmente su tre problematiche:
- la realizzazione del ponte di pilotaggio e il concepimento di strumenti utili a semplificare l’implementazione di interruttori a bassa resistenza
- il ricircolo della corrente, che deve essere garantito ogni qualvolta venga pilotato un carico induttivo tramite interruttori
- la misura della corrente, la cui conoscenza, come si è detto, è indispensabile per effettuare un accurato controllo del motore