(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源回路に接続され、この電圧を２等分したリファレンス電圧を供給する電圧分配手段と、
前記電源回路に接続され、これより同じ大きさの電圧値で極性が反対の第１の電圧と第２の電圧を生成して負荷回路に供給する電圧供給手段と、
前記リファレンス電圧と前記電圧供給手段により生成される電圧の変化とを入力し、前記電圧供給手段で生成する前記第１の電圧と第２の電圧の絶対値が同じになるように制御する差動増幅手段と、を有し、
前記負荷回路は、前記電源回路に対して並列に接続された正負荷と負負荷とからなり、  前記電圧分配手段および前記電圧供給手段は、前記正負の負荷回路の両端に並列に接続され、
前記の電圧分配手段は同じ抵抗値の第１の抵抗と第２の抵抗が直列接続され、この直列接続された２つの抵抗が前記電源回路の両端に並列に接続され、
前記電圧供給手段は同じ容量の第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列接続され、この直列接続された２つのコンデンサが前記電源回路の両端に並列に接続され、
前記差動増幅手段は、前記電圧分配手段の２つの抵抗の中間接続点に非反転入力端子が接続されるとともに、前記電圧供給手段の２つのコンデンサの中間接続点に反転入力端子が接続され、前記非反転入力端子に入力される前記電圧分配手段のリファレンス電圧と前記反転入力端子に入力される前記第２のコンデンサの電圧との差異を出力端子より出力する演算増幅器と、ベースが前記演算増幅器の出力端子に接続され、エミッタが前記演算増幅器の反転入力端子に接続され、前記演算増幅器の出力端子の電圧を増幅するＰＮＰ型トランジスタとを有する、ことを特徴とする電源バランス回路。
【請求項２】
電源回路に接続され、この電圧を２等分したリファレンス電圧を供給する電圧分配手段と、
前記電源回路に接続され、これより同じ大きさの電圧値で極性が反対の第１の電圧と第２の電圧を生成して負荷回路に供給する電圧供給手段と、
前記リファレンス電圧と前記電圧供給手段により生成される電圧の変化とを入力し、前記電圧供給手段で生成する前記第１の電圧と第２の電圧の絶対値が同じになるように制御する差動増幅手段と、を有し、
前記負荷回路は、前記電源回路に対して並列に接続された正負荷と負負荷とからなり、  前記電圧分配手段および前記電圧供給手段は、前記正負の負荷回路の両端に並列に接続され、
前記の電圧分配手段は同じ抵抗値の第１の抵抗と第２の抵抗が直列接続され、この直列接続された２つの抵抗が前記電源回路の両端に並列に接続され、
前記電圧供給手段は同じ容量の第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列接続され、この直列接続された２つのコンデンサが前記電源回路の両端に並列に接続され、
前記差動増幅手段は、前記電圧分配手段の２つの抵抗の中間接続点に反転入力端子が接続されるとともに、前記電圧供給手段の２つのコンデンサの中間接続点に非反転入力端子が接続され、前記反転入力端子に入力される前記電圧分配手段のリファレンス電圧と前記非反転入力端子に入力される前記第２のコンデンサの電圧との差異を出力端子より出力する演算増幅器と、ベースが前記演算増幅器の出力端子に接続され、コレクタが前記演算増幅器の非反転入力端子に接続され、前記演算増幅器の出力端子の電圧を増幅するＮＰＮ型トランジスタとを有する、ことを特徴とする電源バランス回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源バランス回路において、
前記電圧供給手段には、直列接続された第１のダイオードと第２のダイオードが前記２つのコンデンサに対して並列に接続され、前記第１のダイオードと第２のダイオードにより前記２つのコンデンサ各々の最大充電電圧が制限されることを特徴とする電源バランス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電源バランス回路、より詳しくは、電源回路から供給される単電源より正および負の絶対値が同じ２つの電源（両電源）を生成して負荷回路に供給する電源バランス回路に関し、特に集積回路に適用されて集積回路の外部の単電源から両電源を生成して集積回路の内部に供給し、両電源が集積回路の内部の負荷に関係なく均一に供給されるように制御可能な電源バランス回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、集積回路（ＩＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）では、集積される回路内の素子に供給するために正（＋）および負（−）の両電源が必要な場合が多い。このような場合、外部から供給される単電源から両電源を生成し、これを負荷である集積回路に供給することが望ましい。このような機能を実現する回路を電源バンランス回路といい、この回路は電源回路と負荷回路の間に配設されている。
【０００３】
通常、負荷は正（＋）電源を必要とする正負荷または負（−）電源を必要とする負負荷のいずれかであるが、正（＋）および負（−）の電源端子を両方備えている負荷もあり、その代表的なものとしてはたとえば演算増幅器がある。このような演算増幅器の場合、正の電源端子と負の電源端子には大きさが同一で極性が反対である電圧、すなわち電圧値の絶対値が同じ電圧を供給しなくてはならない。
【０００４】
演算増幅器のような負荷において、正の電源端子と負の電源端子に供給される両電源の電圧が不均一であると、増幅回路の正確度が落ち、正常な動作を行うことができなくなる。このため、電源バランス回路において、誤差のほとんど無い正（＋）および負（−）の電源電圧を集積回路に供給することは非常に重要な課題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術における電源バランス回路では、＋５Ｖと−５Ｖを正の電源端子と負の電源端子にそれぞれ供給する際、これら端子に接続された正負荷と負負荷が必要により過度に電圧を使用すると、電源端子にたとえば＋５Ｖではない、＋４Ｖが供給される可能性があった。このような電源不均一は、集積回路内の演算増幅器のオフセットを正しく行えないようにするとともに、その他の両電圧を必要とする回路において正確な動作の保証を妨げるという問題が生じた。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の課題を解決し、負荷の状況に影響されることなく、生成した正（＋）および負（−）の電源電圧を常に等しくすることが可能な電源バランス回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、本発明により電源バランス回路は、電圧分配手段、電圧供給手段および差動増幅手段とを備えている。電圧分配手段は電源回路に接続されてこの電圧を２等分したリファレンス電圧を供給し、電圧供給手段は電源回路に接続されてこれより同じ大きさの電圧値で極性が反対の第１の電圧と第２の電圧を生成して負荷回路に供給する。また、差動増幅手段は、リファレンス電圧と電圧供給手段により生成される電圧の変化とを入力し、電圧供給手段で生成する第１の電圧と第２の電圧の絶対値が同じになるように制御する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照し、本発明による電源バランス回路の実施の形態を詳細に説明する。
図１を参照すると、本発明による電源バランス回路の第１の実施の形態を示す回路図である。図１に示すように、第１の実施の形態における電源バランス回路２０は、電源回路１０と負荷回路３０の間に配置されている。
【０００９】
電源回路１０は、電圧源Ｖｄｃを備えた電源回路であり、図１ではこれの内部抵抗である抵抗Ｒｉを電圧源Ｖｄｃに直列接続して示している。負荷回路３０は、電源回路１０に対して並列に接続された正負荷３１と負負荷３２により構成されている。また、正負荷３１と負負荷３２とを接続している中間接続点は接地されて零電位に付勢されている。
【００１０】
電源バランス回路２０は、電源回路１０の電圧を２等分したリファレンス電圧を供給する電圧分配手段と、電源回路１０の両端電圧から同じ大きさで反対の極性の電圧を生成する電圧供給手段と、この電圧供給手段により生成される両電圧が等しくなるように制御する差動増幅手段とにより構成される。
【００１１】
電圧分配手段は直列接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２により構成され、これら抵抗は電源回路１０に対して並列に接続されている。これら抵抗Ｒ１，Ｒ２は抵抗値が同じものが用いられる。また、電圧供給手段は直列接続された２つのコンデンサＣ１，Ｃ２により構成され、これらコンデンサも電源回路１０に対して並列に接続されている。これらコンデンサＣ１，Ｃ２は容量が同じものが用いられる。さらに、差動増幅手段は、演算増幅器２１、ＰＮＰトランジスタＴＲ１、抵抗Ｒ３および抵抗４により構成され、抵抗Ｒ１，Ｒ２の中間接続点とコンデンサＣ１，Ｃ２の中間接続点との間に接続されている。
【００１２】
より具体的には、抵抗Ｒ１およびコンデンサＣ１は内部抵抗Ｒｉを介して電圧源Ｖｄｃの正極に、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２は電圧源Ｖｄｃの負極にそれぞれ接続されている。演算増幅器２１は、非反転入力端子が抵抗Ｒ１，Ｒ２の中間接続点と、反転入力端子がコンデンサＣ１，Ｃ２の中間接続点と接続され、出力端子が抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続されている。トランジスタＴＲ１は、エミッタがコンデンサＣ１，Ｃ２の中間接続点と接続され、コレクタが抵抗Ｒ４を介して電圧源Ｖｄｃの負極に接続されている。なお、コンデンサＣ１，Ｃ２の中間接続点は接地されている。
【００１３】
次に、第１の実施の形態における電源バランス回路２０の動作を説明する。電圧源Ｖｄｃの両極を通じて電源バランス回路２０に電源が供給されると、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２への充電が行われる。２つのコンデンサＣ１，Ｃ２は容量が同一であり、中間接続点が接地されているので、正負荷３１または負負荷３２で使用する電圧を無視すれば、各コンデンサの両端の電圧は大きさが同一であり、極性が反対となる。
【００１４】
各コンデンサＣ１，Ｃ２に充電される両端電圧は、それぞれ正負荷３１および負負荷３２に供給されるので、正負荷３１にはコンデンサＣ１の両端電圧が供給され、負負荷３２にはコンデンサＣ２の両端電圧が供給される。
【００１５】
一方、正負荷３１または負負荷３２で使用する電圧はいつも一定ではない。したがって、正負荷３１または負負荷３２で使用する電圧が変化すると、これに対応するコンデンサＣ１またはコンデンサＣ２の両端電圧が変化する。
【００１６】
演算増幅器２１の反転入力端子の電圧は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値が同一であるため、電源回路１０の電圧を２等分した電圧となる。したがって、演算増幅器２１の非反転入力端子にはこの２等分されたリファレンス電圧が印加される。また、演算増幅器２１の反転入力端子にはコンデンサＣ２の充電電圧が印加される。
【００１７】
演算増幅器２１は、反転入力端子の電圧と非反転入力端子の電圧との差異を出力端子より出力する。すなわち、電源回路１０の２等分されたリファレンス電圧とコンデンサＣ２の電圧間の差異が演算増幅器２１より出力される。この演算増幅器２１の反転入力端子と非反転入力端子との電圧の差はトランジスタＴＲ１により増幅され、トランジスタＴＲ１により増幅された電圧がコンデンサＣ２によって補償される。
【００１８】
結果的にみれば、正負荷３１または負負荷３２で使用される電圧が均一でない場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧の大きさが変化するようになり、演算増幅器２１およびトランジスタＴＲ１により電源回路１０の２等分されたリファレンス電圧に対するコンデンサＣ２の電圧の差をコンデンサＣ２により補償することで、各コンデンサＣ１，Ｃ２の両端電圧の大きさが同一となるように制御される。
【００１９】
図４は、図１に示した第１の実施の形態における電源バランス回路２０のコンピュ−タシミュレ−ションによる波形図である。図４において、Ｖは電源回路１０の両端電圧であり、Ｖ１は正負荷３１に印加される電圧であり、Ｖ２は負負荷３２に印加される電圧である。図４に図示されるように、電源回路１０の両端電圧は、時間とともにその電圧が変化しても、電源バランス回路２０により正負荷３１および負負荷３２には絶対値が同じ値の電圧が均一に印加されることがわかる。
【００２０】
次に図２を参照にして本発明による電源バランス回路の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態における電源バランス回路２０ａは、直列接続されたツェナ−ダイオードＤ１，Ｄ２を、同じく直列接続された２つのコンデンサＣ１，Ｃ２と並列に接続したこと以外は、第１実施の形態による電源バランス回路２０と同一の構成要素により構成されている。したがって、それ以外の構成に対する説明は省略する。
【００２１】
ツェナ−ダイオードＤ２およびツェナ−ダイオードＤ１はコデンサＣ１およびコデンサＣ２に充電される電圧の最大値を制限する。すなわち、第２の実施の形態では、負荷回路３０に一定レベル以上の電圧を供給することを制限しようとする場合に適している。なお、第２の実施の形態は、前述したようにツェナ−ダイオードＤ１，Ｄ２を付加したこと以外には第１実施の形態と構成が同一であり、また動作も一定レベル以上の電圧を供給することを制限する以外には第１の実施の形態と同じになるので、ここでは重複する構成の説明や回路動作に対する説明は省略する。
【００２２】
次に、図３を参照にして本発明の第３の実施の形態による電源バランス回路を説明する。
第３の実施の形態による電源バランス回路２０ｂは増幅動作をするトランジスタとして、トランジスタＴＲ１の代わりにＮＰＮ型トランジスタＴＲ２が使用されること以外には第１実施の形態による電源バランス回路２０とその構成が同一である。
【００２３】
しかしながら第３の実施の形態では、トランジスタＴＲ２の極性が変わったので、演算増幅器２１の入力端子の極性も変えなければならない。すなわち、演算増幅器２１の非反転入力端子は、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＴＲ２のコレクタ端子およびコンデンサＣ２の中間接続点が接続される。
【００２４】
なお、第３の実施の形態においても、トランジスタＴＲ２としたことと演算増幅器２１の入力端子の極性を変えたこと以外については第１実施の形態における電源バランス回路２０と同じであるので、構成および動作説明は省略する。また、第３の実施の形態に第２の実施の形態で示したツェナ−ダイオードＤ１，Ｄ２を付加し、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２に充電される電圧の最大値を制限するようにすることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の電源バランス回路によれば、負荷回路に使用される電圧が変化しても差動増幅手段により電圧供給手段の両端電圧が電源回路の両端電圧の２等分された電圧で維持されるようにする。すなわち、本発明によれば、単電源の電源回路から両電源を生成し、正（＋）、負（−）同一な大きさの電圧を維持するように制御されるので、常に安定した正（＋）、負（−）の絶対値が等しい電圧をそれぞれの負荷に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施の形態の電源バランス回路を示す詳細回路図。
【図２】本発明による第２実施の形態の電源バランス回路を示す詳細回路図。
【図３】本発明による第３実施の形態の電源バランス回路を示す詳細回路図。
【図４】本発明の第１実施の形態における電源バランス回路の各部波形図。
【符号の説明】
１０    電源回路
２０，２０ａ，２０ｂ    バランス回路
２１    演算増幅器
３０    負荷回路
３１    正負荷
３２    負負荷
ＴＲ１  ＰＮＰトランジスタ
ＴＲ２  ＮＰＮトランジスタ
【図１】
0003564228.tif 000002
【図２】
0003564228.tif 000003
【図３】
0003564228.tif 000004
【図４】
0003564228.tif 000005