Desideriamo ringraziare il prof. Pierluigi Civera e il prof. Franco Maddaleno per la disponibilità dimostrata nel corso della tesi e per i preziosi consigli forniti. Un sincero ringraziamento a tutto il personale del laboratorio VLSI per l'aiuto nella risoluzione dei problemi che si sono presentati.

Ringraziamo inoltre l'ing. Maria Rosa Borghi e la SGS-Thomson per la possibilità offertaci di sviluppare questa tesi.

Un saluto speciale a tutti i tesisti e compagni del laboratorio VLSI per la loro simpatia e per le giornate di serenità trascorse insieme.

Infine un ringraziamento particolare a Mariagrazia per l'accurato lavoro di revisione e a Daniela per il supporto morale in questi mesi di lavoro.

L'obiettivo di questa tesi è lo studio e lo sviluppo di sistemi di controllo non convenzionali per gli alimentatori a commutazione. Le tecniche di controllo investigate differiscono dalle tecniche classiche sia per la modalità di funzionamento (non lineare e adattativa) sia per la realizzazione (interamente di tipo digitale).

La modalità di funzionamento non lineare risulta essere vantaggiosa in quanto permette al controllo di intervenire in modo ottimale per le variazioni di ampio segnale pur mantenendo la stabilità per le piccole variazioni.

La realizzazione digitale consente una migliore integrazione del controllo rispetto alle soluzioni analogiche. La tendenza attuale porta infatti tutti i sistemi elettronici ad assumere una connotazione digitale. Il controllo è ormai una delle ultime aree in cui l'analogico si dimostra competitivo, anche se è indubbio che, col continuo incremento del numero di transistori integrabili a parità di area su silicio, la soluzione digitale risulterà in futuro sempre più interessante. Un'ulteriore conferma di queste affermazioni deriva dalla necessità che i moderni processori hanno di un'alimentazione con una pulizia da sovratensioni realizzabile soltanto con un alimentatore dedicato e posizionato il più vicino possibile all'unità da alimentare. Il controllo realizzato in digitale favorisce l'integrazione di tutto l'alimentatore all'interno del processore.

Il capitolo 1 presenta una introduzione sugli alimentatori a commutazione e sviluppa una metodologia di simulazione nel dominio del tempo notevolmente superiore in termini di velocità rispetto all'analisi possibile, ad esempio, con SPICE. Viene presentato un programma su calcolatore che simula in modo completo un alimentatore buck o boost, includendo anche i parametri parassiti che rivestono molta importanza nell'analisi delle prestazioni.

Nel secondo capitolo vengono analizzate le principali metodologie di controllo, sia analogiche sia digitali. Sono stati studiati i sistemi che agiscono sull'alimentatore variando il duty cycle (a frequenza costante). Sono possibili altri metodi di controllo dei convertitori, come ad esempio il controllo a duty cycle costante o il funzionamento in modalità quasi risonante. Si è optato per lo studio e la realizzazione del controllo mediante logica fuzzy e mediante controllo neurale.

Il capitolo 3 contiene un'introduzione sulla teoria che sostiene la logica fuzzy con alcune osservazioni che semplificano la realizzazione del controllo.

Il capitolo 4 introduce le reti neurali, con particolare attenzione alle reti feed-forward e al corrispondente algoritmo di addestramento.

I successivi due capitoli descrivono il lavoro eseguito e ripercorrono i passi logici che, partendo dallo studio preliminare, hanno portato alle soluzioni proposte.

In particolare, il capitolo 5 descrive la realizzazione del controllo fuzzy, evidenziando i problemi che si sono presentati durante il progetto: si riportano numerosi risultati dalle simulazioni per sottolineare la stabilità ed il corretto funzionamento del controllo realizzato.

Il capitolo 6 riprende il paradigma neurale, percorrendo la sequenza che ha permesso di dedurre numerose informazioni sul comportamento del controllo neurale e delle sue analogie con la logica fuzzy. Anche in questo capitolo si presenta una serie di simulazioni volte a confermare la bontà delle soluzioni ottenute.

Il settimo capitolo conclude la tesi con una dettagliata analisi del lavoro svolto mettendo in risalto luci ed ombre del controllo fuzzy e del controllo neurale realizzati. In particolare si presenta il confronto tra le architetture sviluppate, che si conclude con una stima dell'area utilizzata da ogni soluzione.

Le proposte di studi e di sviluppi futuri si svolgono in due direzioni. Da una parte può essere interessante una fase di realizzazione vera e propria dei sistemi presentati per verificare sul campo la correttezza dei risultati ottenuti. Le conclusioni ricavate in questa tesi consigliano inoltre di approfondire lo studio teorico su alcuni algoritmi e procedimenti che si sono dimostrati interessanti e promettenti. Risulta necessaria, infatti, un'analisi approfondita e mirata alla soluzione di alcuni problemi che si sono presentati durante il lavoro. Una generalizzazione per consentire il funzionamento del controllo con diverse topologie di alimentatori potrebbe aprire definitivamente la strada per portare tali controlli da un ambito di ricerca ad un proficuo inserimento sul mercato, per il quale la rapidità di progetto, la facile integrabilità e il basso costo sono requisiti essenziali.