Integrated Circuit of a Peak Detector for Flyback Converter using a 0.35 um CMOS Process

In this paper, a high-precision peak detector circuit that detects the output voltage information of a fly-back converter is proposed. The proposed design consists of basic analog elements with only one operational amplifier and three transistors. Because of its simple structure, the proposed circuit can minimize the delay time of the detection process, which has a strong impact on the precision of the regulation aspect of the fly-back converter. Furthermore, by using an amplifier and several transistors, the proposed detector can be fully integrated on-chip, instead of using discrete circuit elements, such as capacitors and diodes, as in conventional designs, which reduces the production cost of the fly-back converter module. In order to verify the performance of the proposed scheme, the peak detector was simulated and implemented by using a 0.35 m MagnaChip process. The gained results from the simulation with a sinusoidal stimulus signal show a very small detection error in the range of 0.3~3.1%, which is much lower than other reported detecting circuits. The measured results from the fabricated chip confirm the simulation results. As a result, the proposed peak detector is recommended for designs of high-performance fly-back converters in order to improve the poor regulation aspect seen in conventional designs.

0.35 um CMOS 공정을 이용한 플라이백 컨버터용 피크검출기의 집적회로 설계

본 논문에서는 플라이백 DC-DC 컨버터에 사용되는 출력전압 정보를 보다 정확하게 감지하는 피크검출기를 집적회로로 설계하였다. 제안하는 피크검출기의 회로는 하나의 op-amp와 세 개의 트랜지스터로 이루어져 있다. 제안하는 회로는 단순한 구조로 이루어져 있기 때문에 제안하는 회로는 출력전압을 감지하는 과정에서 지연시간을 최소화 할 수 있다. 회로에서 op-amp와 몇 개의 트랜지스터를 사용함으로써, 제안하는 피크검출기가 종래의 커패시터와 다이오드로 설계된 피크검출기를 대신해 칩의 집적화가 가능해지고, 플라이백 컨버터의 모듈을 구성하는 소자가 트랜지스터로 대체되고 칩의 면적이 줄어들어 가격을 줄일 수 있다. 제안하는 회로는 0.35 um CMOS 공정을 이용하여 칩으로 제작하여 측정하였고, 칩 측정결과 모의실험결과와 잘 일치함을 보였다. 시뮬레이션 결과 사인파의 입력신호를 출력신호가 최대 0.3 ~ 3.1 %의 오차 범위 내에서 피크전압을 유지하는 것을 확인하였다. 칩 측정결과 모의실험결과와 잘 일치함을 보였다. 제안하는 회로의 결과를 통하여 종래의 피크검출기 회로의 좋지 않은 레귤레이션을 향상시키기 위하여 높은 플라이백 컨버터의 동작을 보일 수 있다. 플라이백 컨버터의 출력전압을 정확하게 감지하여 안정적인 컨버터 동작을 할 수 있을 것으로 사료된다.