CN112821477A - 电力控制电路 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种电力控制电路，该电力控制电路包括：锂离子电容器(LIC)，其由电源提供的电力进行充电；第一保护电路，当电源不再提供电力时，该第一保护电路向使用由外部电源提供的电力而运行的第一负荷提供LIC的第一放电电流；以及第二保护电路，当不再提供电力时，该第二保护电路向使用电力而运行的第二负荷提供LIC的第二放电电流。第二负荷以比第一负荷更低的功耗运行。当LIC的电压变得小于第一电压时，第一保护电路停止向第一负荷提供第一放电电流。当电压变得小于比第一电压低的第二电压时，第二保护电路停止向第二负荷提供第二放电电流。

Description

电力控制电路
技术领域
总体而言，本发明涉及一种电力控制电路。
背景技术
常规的二次电池组流过电流，使得即使在用作电气设备的电源的二次电池的电压降低并且停止放电之后，也可以执行电气设备的最小功能(例如，参见专利文献1)。
专利文献
[专利文献1]JP 2006-158028 A
对于要备用供电的负荷，延长对其进行供电的时间是必需的。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供了一种电力控制电路，对于待备用供电的负荷，该电力控制电路可以延长对其进行供电的时间。
根据一个或多个实施例的电力控制电路包括：锂离子电容器，其由外部电源提供的电力进行充电；第一保护电路，当所述外部电源不再提供电力时，该第一保护电路向使用由所述外部电源提供的电力而运行的第一负荷提供所述锂离子电容器的放电电流；以及第二保护电路，当所述外部电源不再提供电力时，该第二保护电路向以低于所述第一负荷的功耗运行的第二负荷提供所述锂离子电容器的放电电流。当所述锂离子电容器的端电压变得小于第一电压时，所述第一保护电路停止向所述第一负荷提供电流，并且当所述锂离子电容器的端电压变得小于比所述第一电压低的第二电压时，所述第二保护电路停止向所述第二负荷提供电流。这使得当所述锂离子电容器用作所述第一负荷和所述第二负荷的备用电源时，在所述锂离子电容器剩余的电荷量不小于预定值的状态下，所述电力控制电路可以停止所述第一负荷。因此，延长了能够向所述第二负荷供电的时间。
在根据一个或多个实施例的电力控制电路中，所述第一保护电路可以设置有：第一开关元件，其连接在所述锂离子电容器和所述第一负荷之间；以及第一电压检测电路，其控制所述第一开关元件。所述第一电压检测电路可以被配置为：当所述外部电源不再提供电力时，所述第一电压检测电路可以通过所述锂离子电容器经由所述第一开关元件提供的电流而运行；当所述锂离子电容器的端电压不小于所述第一电压时，所述第一电压检测电路保持所述第一开关元件处于接通状态；并且当所述锂离子电容器的端电压变得小于所述第一电压时，所述第一电压检测电路将所述第一开关元件转变为断开状态。这防止了所述第一保护电路在所述第一负荷停止后不必要地消耗电力。因此，延长了能够向所述第二负荷供电的时间。
在根据一个或多个实施例的电力控制电路中，可以配置所述第一保护电路，使得所述锂离子电容器可以经由所述第一开关元件连接到所述外部电源，并且可以配置所述第一开关元件，使得即使所述第一开关元件转变为断开状态时，从所述外部电源前往所述锂离子电容器的电流也可以流动。无论所述第一保护电路处于何种状态，当所述外部电源恢复时，都可以给所述锂离子电容器充电。因此，电力恢复时的逆转变得容易。
在根据一个或多个实施例的电力控制电路中，所述锂离子电容器可以与所述第一负荷一起安装在电路板上，所述锂离子电容器的温度可以随着所述第一负荷的生热量增加而升高。当所述锂离子电容器的温度高于预定温度时，所述锂离子电容器的端电压的下限可以对应于所述第一电压，并且当所述锂离子电容器的温度不大于所述预定温度时，所述下限可以对应于所述第二电压。这使得所述锂离子电容器可以在其使用温度范围内，以尽可能宽的电压范围进行使用。因此，延长了能够向所述第二负荷供电的时间。
根据一个或多个实施例，提供了一种电力控制电路，其可以延长对待备用供电的负荷进行供电的时间。
附图说明
图1是比较示例1的电力控制电路的电路图。
图2是比较示例2的电力控制电路的电路图。
图3是示出了根据一个或多个实施例的电力控制电路的配置示例的电路图。
图4是示出了根据一个或多个实施例的第一保护电路的配置示例的电路图。
图5是示出了根据一个或多个实施例的第二保护电路的配置示例的电路图。
图6是示出了根据一个或多个实施例的锂离子电容器的端电压随时间变化的一个示例的图。
图7是示出了根据一个或多个实施例的锂离子电容器和第一负荷安装在板上的配置示例的图。
具体实施方式
将与比较示例相比较来描述本发明的实施例。
下面将描述比较示例1。如图1所示，比较示例1的电力控制电路910包括电源911、处理器912以及RTC(实时时钟)913。电源911向处理器912供电。当电源911变得无法供电时，处理器912停止运行。
电力控制电路910还包括与RTC 913串联连接的二极管914以及与RTC 913并联连接的双电层电容器915。电源911经由二极管914向RTC 913供电，并且向双电层电容器915供电以对双电层电容器915充电。当电源911无法供电时，双电层电容器915放电并向RTC 913供电。RTC 913可以使用由双电层电容器915释放的电力而运行。因此，电力控制电路910可以用作RTC 913的备用电源。
然而，双电层电容器915容易自放电。因此，双电层电容器915不适合用于长时间地对负荷进行备用供电。
在图1中，当用诸如纽扣电池的原电池代替双电层电容器915时，该原电池可以用作RTC 913的备用电源。但是，原电池不能进行充电，因此需要更换。此外，需要添加电路，使得在电源911停止时原电池开始备用。
此外，电力控制电路910只能对链接到RTC 913的一个系统进行备用供电，并且需要为处理器912设置单独的备用电源。
下面将描述比较示例2。如图2所示，比较示例2的电力控制电路920包括锂离子二次电池921、正极端子926和负极端子927。锂离子二次电池921可以包括多个电池单元。锂离子二次电池921的正极连接到正极端子926。锂离子二次电池921的负极连接到负极端子927。正极端子926和负极端子927连接到负荷。电力控制电路920通过从正极端子926以及负极端子927向负荷提供电流来用作负荷的备用电源。锂离子二次电池921的充电倍率(SOC：充电状态)与端电压成正相关。换句话说，锂离子二次电池921的端电压越高，SOC越高。锂离子二次电池921的SOC越高，可以进行越长时间的放电。
负荷包括以不小于预定值的功耗运行的重负荷以及以小于该预定值的功耗运行的微负荷。重负荷包括例如处理器912。微负荷包括例如RTC 913。
锂离子二次电池921的负极和电力控制电路920的负极端子927通过两条并联的路径连接。一条路径包括开关923。另一条路径包括开关924和电阻器925的串联电路。在闭合状态下，开关923和开关924是导通的，使电线中的电流能够流动。在断开状态下，开关923和924阻断电流流向电线。
电力控制电路920还包括开关控制器922，该开关控制器922控制开关923和开关924的断开和闭合。开关控制器922基于锂离子二次电池921的电压来控制开关923和开关924。
当锂离子二次电池921的电压不小于预定电压时(即，当SOC不小于预定值时)，开关控制器922闭合开关923并断开开关924。在这种情况下，将锂离子二次电池921的端电压作为在正极端子926和负极端子927之间的电压进行输出，并将该端电压施加到连接在正极端子926和负极端子927之间的负荷上。
当锂离子二次电池921的电压小于预定电压时(即，当SOC小于预定值时)，开关控制器922断开开关923并闭合开关924。在这种情况下，锂离子二次电池921通过包括电阻925的电线向负荷提供电流。开关控制器922基于电阻器925的电压来测量锂离子二次电池921的放电电流。当锂离子二次电池921的放电电流变得不小于预定值时，开关控制器922断开开关924并停止锂离子二次电池921的放电。在确认锂离子二次电池921的放电电流变得小于预定值时，开关控制器922闭合开关924并重新开始锂离子二次电池921的放电。这限制了锂离子二次电池921的放电电流，并延长了放电的持续时间。
对于负荷，当电流供给停止时，通过例如断开和闭合开关923和开关924的方式，使向微负荷提供电流的电线接通并使向重负荷提供电流的电线阻断。这样可以控制提供给负荷的总电流小于预定值。因此，开关控制器922可以确认当开关924闭合时流向负荷的电流小于预定值。在这种情况下，电力控制电路920可以用作微负荷的备用电源。
电力控制电路920不仅可以用作上述微负荷的备用电源，而且还可以用作重负荷的备用电源。电力控制电路920从由正极端子926和负极端子927组成的一个系统向微负荷和重负荷提供备用电流。换句话说，在电力控制电路920中，微负荷和重负荷都消耗来自一个系统的备用电流。只有当重负荷本身停止运行时，重负荷才停止消耗电流。因此，电力控制电路920仅向微负荷提供电流的运行取决于重负荷本身的控制。
无助于负荷运行的功耗发生于用于测量锂离子二次电池921的放电电流的电阻器925。该功耗减小了锂离子二次电池921的放电持续时间。
锂离子二次电池921的可用温度范围狭窄，其只能在有限的条件下使用。当电力控制电路920在不满足这些条件的环境中使用时，其可靠性降低。
锂离子二次电池921易于自放电。因此，锂离子二次电池921难以作为库存进行长期存储，并且不适合于对负荷进行长期备用供电。
对锂离子二次电池921进行过度充电会导致提早劣化和故障。因此，需要通过过充保护电路来控制锂离子二次电池921的充电电流。向电力控制电路920提供过充保护电路使尺寸减小变得困难。因此，电力控制电路920的安装位置受到限制。
当用锂离子二次电池921取代图1中的双电层电容器915时，也可能出现上述锂离子二次电池921的问题。
如上所述，在各比较示例的配置中，需要对电力控制电路910和920进行各种改进以对负荷进行长期备用供电。
根据一个或多个实施例，电力控制电路1(参见图3等)可以对负荷进行长期备用供电。电力控制电路1可以应用于边缘计算机网关的使用。电力控制电路1可用在IoT(物联网)网关终端中。
如图3所示，根据一个或多个实施例的电力控制电路1包括锂离子电容器40、第一保护电路10、第二保护电路20以及调节器30。锂离子电容器40的一端连接到接地点80，另一端连接到第一保护电路10以及第二保护电路20。第一保护电路10的一端连接到锂离子电容器40，另一端连接到调节器30。调节器30的一端连接到第一保护电路10，另一端连接到第一负荷61。第二保护电路20的一端连接到锂离子电容器40，另一端经由二极管52连接到第二负荷62。连接二极管52，使得从第二保护电路20前往第二负荷62的方向是正向。电力控制电路1具有位于调节器30和第一负荷61之间的节点71以及位于二极管52和第二负荷62之间的节点72。电力控制电路1还包括二极管51。二极管51连接在节点71和节点72之间，使得从节点71前往节点72的方向是正向。电力控制电路1从第一保护电路10和调节器30之间连接到外部电源8。
调节器30控制从外部电源8提供的电力，使得电压或电流为预定值，并将该电力提供给第一负荷61和第二负荷62。可以将调节器30配置为开关调节器。可以将调节器30配置为降压开关调节器或升压开关调节器。
锂离子电容器40是一种蓄电装置，其可以实现兼具双电层电容器915和锂离子二次电池921的优点的性能。在锂离子电容器40中充入的电荷量越大，放电时间就越长。锂离子电容器40中充入的电荷量与端电压成正相关。换句话说，锂离子电容器40的端电压越高，充入的电荷量越大。因此，端电压越高，锂离子电容器40可以放电的时间越长。
外部电源8向调节器30供电，并可以经由第一保护电路10为锂离子电容器40充电。外部电源8可以包括控制锂离子电容器40的充电电压的电路。外部电源8可以具有例如用于锂离子电容器40的充电上限电压保护功能。外部电源8可以控制向锂离子电容器40充电的电压和施加到调节器30的电压，使其为相同的电压或不同的电压。
由外部电源8提供的电力被提供给第一负荷61、第二负荷62和锂离子电容器40。调节器30控制从外部电源8提供的电力，使得该电力为预定电压的直流电，并将该电力提供给第一负荷61和第二负荷62。通过从外部电源8提供的电力对锂离子电容器40进行充电。外部电源8可以包括充电控制电路，该充电控制电路控制锂离子电容器40的充电。外部电源8可以控制输出电压，使得可以CCCV(恒流恒压)模式对锂离子电容器40进行充电。无论由外部电源8控制的对锂离子电容器40进行充电的电压大小如何，调节器30都可以向第一负荷61和第二负荷62提供预定电压的直流电。
当外部电源8停止且无法供电时，锂离子电容器40放电并向第一负荷61或第二负荷62供电。第一保护电路10和第二保护电路20基于锂离子电容器40的端电压控制电流流动或阻断。
当锂离子电容器40的端电压不小于第一电压时，第一保护电路10在锂离子电容器40和调节器30之间提供导电性，并从锂离子电容器40向调节器30供电。当锂离子电容器40的电压小于第一电压时，第一保护电路10在锂离子电容器40与调节器30之间提供阻断，并停止向调节器30供电。
当锂离子电容器40的电压不小于比第一电压低的第二电压时，第二保护电路20在锂离子电容器40和第二负荷62之间提供导电性，并从锂离子电容器40向第二负荷62供电。当锂离子电容器40的电压小于第二电压时，第二保护电路20在锂离子电容器40与第二负荷62之间提供阻断，并停止向第二负荷62供电。
如上所述，当锂离子电容器40的电压不小于第一电压时，第一负荷61和第二负荷62可以使用从锂离子电容器40提供的电力而运行。当锂离子电容器40的电压小于第一电压且不小于第二电压时，第二负荷62可以使用从锂离子电容器40提供的电力而运行。同时，第一负荷61在未供电的情况下不能运行。当锂离子电容器40的电压小于第二电压时，第一负荷61和第二负荷62在未供电的情况下均不能运行。
通过在锂离子电容器40的电压变得低于第一电压时阻断对第一负荷61的供电，电力控制电路1可以在锂离子电容器40剩余的电荷量不小于预定值的状态下停止第一负荷61。这确保了可以提供给第二负荷62的电量。因此，延长了能够向第二负荷62供电的时间。
如上所述，当外部电源8变得不能供电时，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以用作向第一负荷61和第二负荷62供电的备用电源。此外，当锂离子电容器40的电荷量减小时，电力控制电路1可以优先向第二负荷62(其需要至少在预定时间内运行)供电。因此，电力控制电路1可以在预定时间内对第二负荷62进行备用供电，同时用作第一负荷61和第二负荷62的备用电源。
第二负荷62包括诸如RTC的时钟电路。当应用于边缘计算机网关的用途时，电力控制电路1向IoT终端提供备用电力。IoT终端与服务器等进行通信，从而将数据上传到服务器。IoT终端与服务器等之间的通信由时钟进行同步。因此，在运行IoT终端时，时钟运行被包括为要优先维护的运行之一。根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以满足在边缘计算机网关用途中的备用电源的规格。
第一负荷61包括处理器等。可以将第一负荷61配置成消耗锂离子电容器40可以在大约几十秒内提供的电量。同时，可以将第二负荷62配置成消耗锂离子电容器40可以在大约半年或不少于大约一年内提供的电量。也就是说，第二负荷62的功耗可以比第一负荷61的功耗小几个数量级。这样，即使将采用电力控制电路1的IoT终端安装在工人等难以接近的位置，在外部电源8不再供电后，该IoT终端作为第二负荷62的备用电源也能够继续运作，直到工人进行维修。
第二负荷62可以包括诸如SRAM(静态随机存取存储器)的存储设备。当来自外部电源8的供电停止时，用作第二负荷62的存储设备可以快速存储由处理器等处理的信息。这使得当从外部电源8重新开始供电时，处理器能够基于来自停止之前的信息重启运行。
第二电压对应于作为锂离子电容器40的规格而建立的下限电压。当锂离子电容器40放电直到锂离子电容器40的端电压变得小于下限电压时，锂离子电容器40发生故障的可能性增加。
第一电压是基于第二负荷62的功耗以及对第二负荷62进行备用供电的时间来设定的。换句话说，设定第一电压，使得随着锂离子电容器40的端电压从第一电压下降到第二电压，放出的电荷量变得不小于在预定时间内对第二负荷62进行备用供电所需的电荷量。
如图4所示，第一保护电路10包括电压检测电路11、开关元件16以及端子17和18。电压检测电路11也被称为第一电压检测电路。开关元件16也被称为第一开关元件。将第一保护电路10配置为可通过端子17连接到锂离子电容器40。将第一保护电路10配置为可通过端子18连接到调节器30以及外部电源8。第一保护电路10通过电压检测电路11连接到接地点80。第一保护电路10使用在端子17或18与接地点80之间施加的电压而运行。
在一个或多个实施例中，假定开关元件16包括p沟道MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)。开关元件16可以包括n沟道MOSFET。开关元件16可以包括除MOSFET以外的晶体管，并且可以包括开关IC(集成电路)等。开关元件16在接通状态下是导电的，并且在断开状态下提供阻断。
电压检测电路11包括比较器12、基准电压源13以及电阻分压器14和15。电阻分压器14和15串联连接在端子18和接地点80之间。电阻分压器14和15对施加在端子18和接地点80之间的电压进行分压。在端子18和接地点80之间施加的、由电阻分压器14和15进行分压的电压也称为第一分压。将第一分压施加到位于电阻分压器14和电阻分压器15之间的节点19。基准电压源13连接在端子18与接地点80之间，并输出第一基准电压。
比较器12的输入端子连接到基准电压源13以及节点19，其输出端子连接到开关元件16的栅极。比较器12连接在端子18与接地点80之间，并且使用施加在端子18与接地点80之间的电压而运行。当开关元件16处于接通状态并使端子17和端子18导通时，比较器12可以使用从端子17施加的电压或从端子18施加的电压而运行。比较器12具有两个输入端子和一个输出端子。比较器12基于输入到输入端子的第一基准电压和第一分压的比较结果，从输出端子输出信号。
当第一分压不小于第一基准电压时，比较器12从输出端子输出执行控制以使开关元件16进入接通状态的信号。当开关元件16是FET，则比较器12输出具有的电压不小于FET的栅极阈值电压的信号。当第一分压不小于第一基准电压时，比较器12可以通过输出与端子17或18相同的电压来将开关元件16置于接通状态。开关元件16通过在接通状态中接收执行控制以进入接通状态的信号来维持接通状态。开关元件16通过在断开状态中接收执行控制以进入接通状态的信号来转变为接通状态。
当第一分压小于第一基准电压时，比较器12从输出端子输出执行控制以使开关元件16进入断开状态的信号。当开关元件16是FET，则比较器12输出具有的电压小于FET的栅极阈值电压的信号。当第一分压小于第一基准电压时，比较器12可以通过输出与接地点80相同的电压将开关元件16置于断开状态。开关元件16通过在接通状态中接收执行控制以进入断开状态的信号来转变为断开状态。当开关元件16转变为断开状态时，比较器12变成无法接收电压并且不再运行。当比较器12变成不能接收电压并且不再运行时，其不输出信号。比较器12不输出信号的状态被认为是比较器12正在输出将开关元件16置于断开状态的信号的状态。因此，当比较器12不输出信号时，开关元件16进入断开状态。因此，开关元件16在从接通状态转变为断开状态后保持在断开状态。当开关元件16最初处于断开状态时，开关元件16也保持在断开状态。
配置电压检测电路11，使得当锂离子电容器40的端电压不小于第一电压时，第一分压不小于第一基准电压。具体而言，在电压检测电路11中，适当地设置电阻分压器14和15的电阻值以及由基准电压源13输出的第一基准电压。
如图5所示，第二保护电路20包括电压检测电路21、开关元件26以及端子27和28。电压检测电路21也被称为第二电压检测电路。开关元件26也被称为第二开关元件。第二保护电路20具有连接至锂离子电容器40的端子27以及连接至第二负荷62的端子28。第二保护电路20具有连接到接地点80的电压检测电路21。第二保护电路20使用从端子27或28施加的电压而运行。
在一个或多个实施例中，假定开关元件26是p沟道MOSFET。假定将电压检测电路21配置为与图4的电压检测电路11相同。电压检测电路21产生第二分压，该第二分压是端子27或28与接地点80之间的分压。电压检测电路21产生第二基准电压。
当第二分压不小于第二基准电压时，电压检测电路21输出执行控制以使开关元件26进入接通状态的信号。当开关元件26是FET时，电压检测电路21输出具有的电压不小于栅极阈值电压的信号。
当第二分压小于第二基准电压时，电压检测电路21输出执行控制以使开关元件26进入断开状态的信号。当开关元件26是FET时，电压检测电路21输出具有的电压小于栅极阈值电压的信号。
配置电压检测电路21，使得当锂离子电容器40的端电压不小于第二电压时，第二分压不小于第二基准电压。第二基准电压可以与第一基准电压相同。在这种情况下，可以设置电压检测电路21中包括的电阻分压器的电阻值，使得第二分压与第一分压相同。通过使第一基准电压和第二基准电压相同，能够在电压检测电路11和21之间共享基准电压源13。
参照如图6所示的示意图描述锂离子电容器40的端电压随时间的变化。横轴表示时刻，纵轴表示锂离子电容器40的端电压。
锂离子电容器40已充电，使得端电压在时刻T0之前为V0，并从时刻T0开始放电。在放电开始点(时刻T0)，锂离子电容器40的端电压根据由锂离子电容器40的内部电阻引起的电压降而下降。锂离子电容器40的端电压由于放电而减小，并且在时刻T1减小到第一电压V1。
当锂离子电容器40的端电压变为第一电压V1时，第一保护电路10在锂离子电容器40与调节器30之间提供阻断。同时，第二保护电路20在锂离子电容器40和第二负荷62之间维持导电性。这样维持了向第二负荷62供电，但是停止了向第一负荷61供电。
停止向第一负荷61供电导致锂离子电容器40的放电电流减小。该放电电流的减小导致由于锂离子电容器40的内部电阻引起的电压降减小。因此，锂离子电容器40的端电压在时刻T1上升。第一负荷61在供电停止的时机停止工作。锂离子电容器40的端电压上升使第一保护电路10能够再次在锂离子电容器40和调节器30之间提供导电性。在这种情况下，可以将第一负荷61配置为不自动重启运行。例如，可以将第一负荷61配置为能够与外部电源8通信，并且将第一负荷61配置为当获取到表示外部电源8已经重新开始供电的信号时重启运行。这使得不太可能出现第一保护电路10的开关元件16在接通状态和断开状态之间以短增量的形式变化的现象(与继电器等产生的震颤相对应的现象)。
从时刻T1起，锂离子电容器40放电，以使第二负荷62运行所需的电流流动。因此，从时刻T1开始的放电电流小于在时刻T1以及时刻T1之前的放电电流。由于放电电流减小，锂离子电容器40的端电压比在时刻T1以及时刻T1之前更缓慢地减小，并且在时刻T2减小到第二电压V2。
当锂离子电容器40的端电压变为第二电压V2时，第二保护电路10在锂离子电容器40与第二负荷62之间提供阻断。这停止了向第二负荷62的供电。
如上所述，当外部电源8变得不能供电时，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以用作向第一负荷61和第二负荷62供电的备用电源。此外，当锂离子电容器40的电荷量减小时，电力控制电路1可以优先向第二负荷62(其需要至少在预定时间内运行)供电。因此，电力控制电路1可以在预定时间内对第二负荷62进行备用供电，同时用作第一负荷61和第二负荷62的备用电源。
根据一个或多个实施例的电力控制电路1基于锂离子电容器40的端电压来控制开关元件16和26的断开和闭合。同时，比较示例2的电力控制电路920具有用于检测锂离子二次电池921的放电电流的电阻器925。电阻器925增加了于对负荷进行备用供电无益的功耗。此外，开关控制器922的电路本身也消耗电力。电力控制电路920中的功耗增加缩短了可对负荷进行备用供电的时间。根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以使可对负荷进行备用供电的时间比比较示例2的电力控制电路920更长。
与锂离子二次电池921相比，锂离子电容器40可运行的温度范围更广。因此，如果用锂离子二次电池921取代锂离子电容器40，则电力控制电路1可以运行的温度范围将变窄。与设置有锂离子二次电池921的配置相比，通过设置锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以使可运行的温度范围更宽。因此，可以实现高便利性。
锂离子二次电池921由于在其中沉积树枝状锂金属的现象而容易自放电。同时，锂离子电容器40自放电的可能性较小。此外，双电层电容器915比锂离子电容器40更容易自放电。因此，如果用具有相同充电容量的锂离子二次电池921或双电层电容器915取代锂离子电容器40，则电力控制电路1用作备用电源的时间将缩短。与设置有具有相同电容的锂离子二次电池921或双电层电容器915的配置相比，通过设置锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以使用作备用电源的时间更长。因此，可以实现高便利性。
无论发生过度充电或过度放电，锂离子二次电池921会劣化，并且变得更可能发生故障。同时，即使发生过度充电，锂离子电容器40也不会劣化和变得更可能发生故障。因此，如果用锂离子二次电池921取代锂离子电容器40，则电力控制电路1还需要设置有过度充电监测电路。添加过度充电监测电路可能会增加电力控制电路1的尺寸或成本。通过设置有锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1不需要过度充电监测电路。因此，可以简化配置。
锂离子电容器40的过度放电保护是由设置有第一保护电路10和第二保护电路20的电力控制电路1实现的。换句话说，电力控制电路1可以通过控制锂离子电容器40的端电压不小于第二电压来避免过度放电。
如果用锂离子二次电池921取代锂离子电容器40，则由于开关元件16连接到锂离子二次电池921，p沟道MOSFET的性能将不足。因此，将使用n沟道MOSFET。使用n沟道MOSFET需要使锂离子二次电池921的电路在接地侧进行切换。在接地侧执行切换可能会由于电路未接地的状态而导致不稳定。通过设置锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以通过在施加有电压的高压侧进行切换，而不是在接地侧进行切换而稳定地运行。因此，可以实现高便利性。
与锂离子二次电池921相比，锂离子电容器40的使用寿命更长。因此，可以在不替换锂离子电容器40的假设下配置电力控制电路1。在不替换锂离子电容器40的假设下进行配置时，电力控制电路1比可替换的配置更容易进行配置。如果用锂离子二次电池921取代锂离子电容器40，则需要将电力控制电路1配置为锂离子二次电池921是可替换的。通过设置有锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以降低维护频率。因此，可以实现高便利性。
如果电力控制电路1设置有原电池，将该原电池作为与向第一负荷61进行备用供电的锂离子电容器40相分离的配置向第二负荷62供电，则电力控制电路1需要设置有用于将原电池与第二负荷62进行连接的电路。这样的电路会使电力控制电路1复杂化，并且比第二保护电路20昂贵。此外，在原电池结束放电之后，电力控制电路1将变得不能用作第二负荷62的备用电源。与设置有原电池的配置相比，通过设置锂离子电容器40，根据一个或多个实施例的电力控制电路1可以更便宜地进行配置并且可以运行更长时间。因此，可以实现高便利性。
(保护电路的自动休眠)
在第一保护电路10中，电压检测电路11经由开关元件16连接到端子17，该端子17连接到锂离子电容器40。换句话说，电压检测电路11可以经由开关元件16从锂离子电容器40接收放电电流的供给。当锂离子电容器40的端电压变得小于第一电压时，第一保护电路10将开关元件16置于断开状态。在这种情况下，锂离子电容器40的放电电流不流向电压检测电路11。通过将开关元件16置于断开状态，第一保护电路10不再消耗电力。在这种情况下，与电压检测电路11不经过开关元件16而连接到端子17的情况相比，第一保护电路10不再消耗锂离子电容器40的电流。换句话说，在第一负荷61停止之后，第一保护电路10不再不必要地消耗电力。因此，锂离子电容器40可以向第二负荷62提供电流的时间延长。
同样在第二保护电路20中，电压检测电路21经由开关元件26连接到端子27，该端子27连接到锂离子电容器40。这使得在锂离子电容器40的端电压变得小于第二电压之后，第二保护电路20不再消耗锂离子电容器40的电流。因此，可以避免锂离子电容器40的端电压进一步降低。当锂离子电容器40的端电压小于第二电压并且进一步减小时，锂离子电容器40容易劣化。因此，对锂离子电容器40的端电压降低的抑制导致对锂离子电容器40劣化的抑制。
(电力恢复时的充电)
如上所述，当锂离子电容器40的端电压小于第一电压时，开关元件16进入断开状态。因此，电压检测电路11不再运行。
在此，假定在锂离子电容器40的端电压小于第一电压并且开关元件16处于断开状态的情况下，外部电源8重新开始供电。假定开关元件16是p沟道MOSFET。
当外部电源8以不小于第一电压的电压供电时，开关元件16进入接通状态。在这种情况下，从外部电源8前往锂离子电容器40的电流可以流入p沟道MOSFET的沟道。
当在CCCV(恒流恒压)控制下给锂离子电容器40充电时，外部电源8可以根据锂离子电容器40的端电压以小于第一电压的电压进行供电。在这种情况下，开关元件16保持在断开状态。通过开关元件16(p沟道MOSFET)处于断开状态，从外部电源8前往锂离子电容器40的电流不能流入p沟道MOSFET的沟道。
然而，如图4所示，p沟道MOSFET具有寄生二极管16a。寄生二极管16a也称为体二极管。连接开关元件16(p沟道MOSFET)，使得寄生二极管16a的正向是从端子18前往端子17的方向。从外部电源8前往离子电容器40的电流可以流经寄生二极管16a。这使得根据一个或多个实施例的电力控制电路1能够使外部电源8重新开始对锂离子电容器40的充电，而无需用于重新开始充电的专用电路。因此，将电力控制电路1配置为简单电路。
如上所述，基于根据一个或多个实施例的电力控制电路1，无论开关元件16(p沟道MOSFET)处于接通状态还是断开状态，外部电源8可对锂离子电容器40进行充电。
假定用锂离子二次电池921取代锂离子电容器40。在这种情况下，为了限制锂离子二次电池921的过度充电，有必要不使电流流入寄生二极管16a。因此，当替换为锂离子二次电池921时，采用串联连接使得源极-漏极方向彼此相反的两个MOSFET作为开关元件16。这使得在开关元件16处于断开状态的情况下，没有电流流入寄生二极管16a，并且不对锂离子电容器40充电。因此，当外部电源8重新开始供电时，无论开关元件16处于接通状态还是断开状态，仅在设置有锂离子电容器40的情况下，根据本发明的一个或多个实施例的电力控制电路1才可以重新开始充电。因此，电力恢复时的逆转变得容易。此外，可以通过简单的电路来实现电力控制电路1的重新开始充电。
(使用温度范围的扩大)
根据锂离子电容器40的使用温度确定锂离子电容器40的端电压的上限和下限。当锂离子电容器40使用的温度范围为T1min至T1max时，端电压的上限和下限分别定义为V1max和V1min。同时，当锂离子电容器40使用的温度范围为T2min至T2max时，端电压的上限和下限分别定义为V2max和V2min。在此，假定T1max高于T2max。假定V1min低于V2min。在这些假设下，锂离子电容器40的端电压的下限在锂离子电容器40的温度超过T2max的情况和该温度不大于T2max的情况之间是不同的。将T2max作为预定温度，与锂离子电容器40的温度超过预定温度的情况相比，在锂离子电容器40的温度不大于预定温度的情况下端电压的下限更低。
作为具体的例子，当锂离子电容器40使用的温度范围为-30℃至+85℃时，端电压的上限和下限可分别定义为3.5V和2.5V。同时，当锂离子电容器40使用的温度范围为-30℃至+70℃时，端电压的上限和下限可分别定义为3.8V和2.2V。在此示例中，上述每个变量表示如下：
T1min＝-30℃；T1max＝+85℃
T2min＝-30℃；T2max＝+70℃
V1min＝2.5V；V1max＝3.5V
V2min＝2.2V；V2max＝3.8V
如图7所示，可以将锂离子电容器40与第一负荷61一起安装在电路板100上。假定锂离子电容器40安装在受到第一负荷61的生热影响的位置。在这种情况下，由于第一负荷61的运行引起的生热，锂离子电容器40的温度升高。换句话说，第一负荷61的生热量越大，锂离子电容器40的温度越高。
当第一负荷61运行时，锂离子电容器40的温度较可能超过预定温度。同时，当第一负荷61停止时，锂离子电容器40的温度较可能保持不高于预定温度。
在此，假定预定温度为70℃。将此假设应用于上述特定示例，当锂离子电容器40的温度超过70℃时，端电压的下限为2.5V。当锂离子电容器40的温度不高于70℃时，端电压的下限为2.2V。
进一步假定将第一电压设置为2.5V，将第二电压设置为2.2V。在这种假设下，当锂离子电容器40的端电压变得小于第一电压并且第一保护电路10切断对第一负荷61的供电时，第一负荷61的停止导致锂离子电容器40的温度变得较可能保持低于预定温度。这使得即使通过第二保护电路20继续向第二负荷62供电并且锂离子电容器40的端电压降低到第二电压，锂离子电容器40的端电压也较不可能下降到低于下限。
可以说，当满足上述示例中锂离子电容器40的温度和端电压下限与第一电压和第二电压之间的关系时，允许将锂离子电容器40安装在受到第一负荷61的生热影响的位置。可以将要满足的条件改写为以下(a)和(b)：
(a)当锂离子电容器40的温度高于预定温度时，锂离子电容器40的端电压的下限对应于第一电压。
(b)当锂离子电容器40的温度不大于预定温度时，锂离子电容器40的端电压的下限对应于第二电压。
通过允许将锂离子电容器40安装在受到第一负荷61的生热影响的位置，减少了与安装电力控制电路1有关的限制。此外，对安装在电路板100上的元件进行集成变得容易。因此，对于电力控制电路1可以实现更小的尺寸和成本减少。此外，锂离子电容器40可以在其使用温度范围内以尽可能宽的电压范围进行使用。因此，延长了能够向第二负荷62供电的时间。
(自停止功能)
假定第一负荷61消耗锂离子电容器40可以在大约几十秒内提供的电量。在此，假定第一负荷61是处理器。当来自外部电源8的供电停止时，第一负荷61检测到外部电源8停止并开始针对第一负荷61本身的停止过程。通过在从锂离子电容器40供电的同时完成停止过程，第一负荷61可以执行停止，从而能够在重新开始供电时安全地重启运行。可以设置第一电压，以使锂离子电容器40继续放电直到第一负荷61可以完成停止过程。
在第一负荷61自身停止之后，调节器30不再需要向第一负荷61供电。如图3中的虚线所示，第一负荷61可以通过通信线路73连接到调节器30。第一负荷61可以经由通信线路73向调节器30输出放电停止信号。调节器30可以基于来自第一负荷61的放电停止信号来停止将锂离子电容器40释放的电力输出到第一负荷61和第二负荷62的操作。这在电力控制电路1消耗的电力中减小了调节器30消耗的电力。减小电力控制电路1所消耗的电力可增大锂离子电容器40可提供给第二负荷62的电量。因此，延长了能够向第二负荷62供电的时间。
尽管本公开仅针对有限数量的实施例进行了描述，但是本领域的技术人员在受益于本公开的情况下将认识到，在不脱离本发明的范围的情况下可以设计各种其他实施例。因此，本发明的范围应该仅由所附权利要求来限定。
参考字符列表
1 电力控制电路
8 外部电源
10 第一保护电路
11电压检测电路(12比较器；13基准电压源；14电阻分压器；15电阻分压器；19节点)
16 开关元件
17、18 端子
20 第二保护电路
21 电压检测电路
26 开关元件
27、28 端子
30 调节器
40 锂离子电容器
51、52 二极管
61 第一负荷
62 第二负荷
71、72 节点
73 通信线路
80 接地点
100 电路板

Claims (5)

1.一种电力控制电路，包括：
锂离子电容器，其由外部电源提供的电力进行充电；
第一保护电路，当所述外部电源不再提供电力时，该第一保护电路向使用由所述外部电源提供的电力而运行的第一负荷提供所述锂离子电容器的第一放电电流；以及
第二保护电路，当所述外部电源不再提供电力时，该第二保护电路向使用由所述外部电源提供的电力而运行的第二负荷提供所述锂离子电容器的第二放电电流，其中，
所述第二负荷以比所述第一负荷更低的功耗运行，
当所述锂离子电容器的端电压变得小于第一电压时，所述第一保护电路停止向所述第一负荷提供所述第一放电电流，并且
当所述锂离子电容器的端电压变得小于比所述第一电压低的第二电压时，所述第二保护电路停止向所述第二负荷提供所述第二放电电流。
2.根据权利要求1所述的电力控制电路，其中，
所述第一保护电路包括：
第一开关元件，其连接在所述锂离子电容器和所述第一负荷之间；以及
第一电压检测电路，其控制所述第一开关元件，并且
所述第一电压检测电路：
当所述外部电源不再提供电力时，使用经由所述第一开关元件从所述锂离子电容器提供的电流而运行；
当所述锂离子电容器的所述端电压不小于所述第一电压时，保持所述第一开关元件处于接通状态；并且
当所述锂离子电容器的所述端电压变得小于所述第一电压时，将所述第一开关元件转变为断开状态。
3.根据权利要求2所述的电力控制电路，其中，
所述锂离子电容器经由所述第一开关元件连接到所述外部电源，
所述第一开关元件包括寄生二极管，并且
当所述第一开关元件转变为断开状态时，从所述外部电源前往所述锂离子电容器的电流流经所述寄生二极管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力控制电路，其中，
所述锂离子电容器与所述第一负荷一起安装在电路板上，
所述锂离子电容器的温度随着所述第一负荷的生热量增加而升高，
当所述锂离子电容器的温度高于预定温度时，所述锂离子电容器的所述端电压的下限等于所述第一电压，并且
当所述锂离子电容器的温度不大于所述预定温度时，所述下限对应于所述第二电压。
5.一种电力控制方法，包括：
外部电源提供的电力对锂离子电容器进行充电；
提供配置为使用由所述外部电源提供的电力而运行的第一负荷；
提供配置为以比所述第一负荷更低的功耗运行的第二负荷；
当所述外部电源不再提供电力时，向所述第一负荷提供所述锂离子电容器的第一放电电流；
当所述外部电源不再提供电力时，向所述第二负荷提供所述锂离子电容器的第二放电电流；
当所述锂离子电容器的端电压变得小于第一电压时，停止向所述第一负荷提供所述第一放电电流，并且
当所述锂离子电容器的端电压变得小于比所述第一电压低的第二电压时，停止向所述第二负荷提供所述第二放电电流。
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