Progettazione e realizzazione di un convertitore Boost in tecnologia GaN per la scarica delle celle di batterie automotive

The thesis project, carried out at Loccioni company, focused on the simulation, realization, and experimental validation of a Boost configuration DC-DC converter that uses current hysteresis control to manage the switching of gallium nitride (GaN) transistors. The electronic board developed is part of a solution proposed by Loccioni for Northvolt, in the automotive field, aimed at completely discharging a single 4V lithium-ion cell used in electric vehicle batteries, thus ensuring the safe recycling of its materials. The thesis presents the results obtained throughout the entire process, starting from the circuit simulation phase, performed with Simulink and LT Spice software, through the PCB design in Kicad, and culminating in the testing and practical trials of the converter. Additionally, the thesis includes thermal evaluations of the circuit's power dissipation and an analysis of the effects introduced by parasitic elements that influence the board's performance.

Il progetto di tesi, svolto presso l'impresa Loccioni, ha riguardato la simulazione, la realizzazione e la validazione sperimentale di un convertitore DC-DC in configurazione Boost che utilizza un controllo ad isteresi di corrente per comandare la commutazione di transistor in nitruro di gallio (GaN). La scheda elettronica realizzata fa parte di una soluzione proposta da Loccioni per Northvolt, nell'ambito automotive, mirata a scaricare completamente una singola cella agli ioni di litio da 4V, utilizzata nelle batterie per veicoli elettrici, garantendo così un riciclaggio sicuro dei materiali che la compongono. Nell'elaborato vengono presentati i risultati ottenuti durante l'intero processo, partendo dalla fase di simulazione circuitale, effettuata con i software Simulink e LT Spice, passando per la progettazione del PCB in Kicad, fino ad arrivare al collaudo e alle prove pratiche del convertitore. Inoltre, la tesi include delle valutazioni termiche sulla dissipazione di potenza del circuito e un'analisi degli effetti introdotti dai parassitismi che influenzano il funzionamento della scheda.