特許 7184021 電力制御回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】電力制御回路

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20221129BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20221129BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 110

H02J7/34 G

H02J7/00 302B

H02J7/00 302D

H02J7/00 S

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019207419

(22)【出願日】2019-11-15

(65)【公開番号】P2021083191

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2021-02-02

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100195534

【弁理士】

【氏名又は名称】内海 一成

(72)【発明者】

【氏名】奈良岡 順

(72)【発明者】

【氏名】中平 強

【審査官】大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０８２８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３５４７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２９０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７４９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４－７／３６

Ｈ０２Ｊ ９／００－１１／００

Ｈ０２Ｊ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電源が供給する電力で充電されるリチウムイオンキャパシタと、
前記外部電源が供給する電力で動作する第１負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第１保護回路と、
前記外部電源が供給する電力で動作し、且つ、前記第１負荷よりも少ない消費電力で動作する第２負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第２保護回路と
を備え、
前記第１保護回路は、前記第１負荷及び前記第２負荷に含まれず、前記リチウムイオンキャパシタと前記第１負荷との間に接続されている第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１電圧検出回路とを備え、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が第１電圧未満となった場合に前記第１負荷への電流の供給を停止し、
前記第２保護回路は、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧より低い第２電圧未満となった場合に前記第２負荷への電流の供給を停止する、電力制御回路。

【請求項2】

前記第１電圧検出回路は、
前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタから前記第１スイッチング素子を介して供給される電流によって動作可能に構成され、
前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧以上である場合に前記第１スイッチング素子をオン状態に維持させ、
前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧未満となった場合に前記第１スイッチング素子をオフ状態に遷移させる、
請求項１に記載の電力制御回路。

【請求項3】

前記第１保護回路は、前記第１スイッチング素子を介して前記リチウムイオンキャパシタを外部電源に接続可能に構成され、
前記第１スイッチング素子は、オフ状態に遷移している場合であっても、前記外部電源から前記リチウムイオンキャパシタに向かう電流が流れるように構成される、請求項２に記載の電力制御回路。

【請求項4】

前記リチウムイオンキャパシタは、前記第１負荷とともに回路基板に実装され、
前記リチウムイオンキャパシタの温度は、前記第１負荷の発熱量が大きいほど高くなり、
前記リチウムイオンキャパシタの仕様として定められる端子電圧の下限は、
前記リチウムイオンキャパシタの温度が所定温度より高くなっている場合において前記第１電圧に対応し、
前記リチウムイオンキャパシタの温度が前記所定温度以下になっている場合において前記第２電圧に対応する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の電力制御回路。

【請求項5】

外部電源が供給する電力で充電されるリチウムイオンキャパシタと、
前記外部電源が供給する電力で動作する第１負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第１保護回路と、
前記外部電源が供給する電力で動作し、且つ、前記第１負荷よりも少ない消費電力で動作する第２負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第２保護回路と
を備え、
前記第１保護回路は、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が第１電圧未満となった場合に前記第１負荷への電流の供給を停止し、
前記第２保護回路は、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧より低い第２電圧未満となった場合に前記第２負荷への電流の供給を停止し、
前記リチウムイオンキャパシタは、前記第１負荷とともに回路基板に実装され、
前記リチウムイオンキャパシタの温度は、前記第１負荷の発熱量が大きいほど高くなり、
前記リチウムイオンキャパシタの仕様として定められる端子電圧の下限は、
前記リチウムイオンキャパシタの温度が所定温度より高くなっている場合において前記第１電圧に対応し、
前記リチウムイオンキャパシタの温度が前記所定温度以下になっている場合において前記第２電圧に対応する、
電力制御回路。

【請求項6】

前記第１保護回路は、前記第１負荷及び前記第２負荷に対して前記外部電源に接続される節点を介してレギュレータに供給した電力を供給するように構成される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の電力制御回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力制御回路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気機器の電源として用いられる二次電池の電圧が低下して放電が停止された後でも、電気機器の最低限の機能を果たせるだけの電流を流す二次電池パックが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１５８０２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

バックアップ対象の負荷に電力を供給する期間を長くすることが求められる。

【0005】

本開示は、上述の点に鑑みてなされたものであり、バックアップ対象の負荷に電力を供給する期間を長くできる電力制御回路を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

幾つかの実施形態に係る電力制御回路は、外部電源が供給する電力で充電されるリチウムイオンキャパシタと、前記外部電源が供給する電力で動作する第１負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第１保護回路と、前記外部電源が供給する電力で動作し、且つ、前記第１負荷よりも少ない消費電力で動作する第２負荷に対して、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタの放電電流を供給する第２保護回路とを備え、前記第１保護回路は、前記第１負荷及び前記第２負荷に含まれず、前記リチウムイオンキャパシタと前記第１負荷との間に接続されている第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１電圧検出回路とを備え、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が第１電圧未満となった場合に前記第１負荷への電流の供給を停止し、前記第２保護回路は、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧より低い第２電圧未満となった場合に前記第２負荷への電流の供給を停止する。このようにすることで、電力制御回路は、リチウムイオンキャパシタを第１負荷及び第２負荷のバックアップ電源として用いる場合に、リチウムイオンキャパシタの充電量を所定値以上残した状態で第１負荷を止められる。その結果、第２負荷に電力を供給できる期間が長くなる。

【0007】

一実施形態に係る電力制御回路において、前記第１保護回路は、前記リチウムイオンキャパシタと前記第１負荷との間に接続されている第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子を制御する第１電圧検出回路とを備え、前記第１電圧検出回路は、前記外部電源から電力が供給されなくなった場合に前記リチウムイオンキャパシタから前記第１スイッチング素子を介して供給される電流によって動作可能に構成され、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧以上である場合に前記第１スイッチング素子をオン状態に維持させ、前記リチウムイオンキャパシタの端子電圧が前記第１電圧未満となった場合に前記第１スイッチング素子をオフ状態に遷移させてよい。このようにすることで、第１保護回路が第１負荷を止めた後に無駄な電力を消費しない。その結果、第２負荷に電力を供給できる期間が長くなる。

【0008】

一実施形態に係る電力制御回路において、前記第１保護回路は、前記第１スイッチング素子を介して前記リチウムイオンキャパシタを外部電源に接続可能に構成され、前記第１スイッチング素子は、オフ状態に遷移している場合であっても、前記外部電源から前記リチウムイオンキャパシタに向かう電流が流れるように構成されてよい。このようにすることで、第１保護回路の状態にかかわらず、外部電源が復電したときにリチウムイオンキャパシタが充電される。その結果、復電時の復帰が容易になる。

【0009】

一実施形態に係る電力制御回路において、前記リチウムイオンキャパシタは、前記第１負荷とともに回路基板に実装され、前記リチウムイオンキャパシタの温度は、前記第１負荷の発熱量が大きいほど高くなり、前記リチウムイオンキャパシタの仕様として定められる端子電圧の下限は、前記リチウムイオンキャパシタの温度が所定温度より高くなっている場合において前記第１電圧に対応し、前記リチウムイオンキャパシタの温度が前記所定温度以下になっている場合において前記第２電圧に対応してよい。このようにすることで、リチウムイオンキャパシタは、その使用温度範囲内においてできるだけ広い電圧範囲で活用される。その結果、第２負荷に電力を供給できる期間が長くなる。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、バックアップ対象の負荷に電力を供給する期間を長くできる電力制御回路が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】比較例１に係る電力制御回路の回路図である。

【図2】比較例２に係る電力制御回路の回路図である。

【図3】一実施形態に係る電力制御回路の構成例を示す回路図である。

【図4】第１保護回路の構成例を示す回路図である。

【図5】第２保護回路の構成例を示す回路図である。

【図6】リチウムイオンキャパシタの端子電圧の時間変化の一例を示すグラフである。

【図7】リチウムイオンキャパシタと第１負荷とが基板に実装されている構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示に係る実施形態が、比較例と対比しながら説明される。

【0013】

（比較例１）
図１に示されるように、比較例１に係る電力制御回路９１０は、電源９１１と、プロセッサ９１２と、ＲＴＣ（Real Time Clock）９１３とを備える。電源９１１は、プロセッサ９１２に電力を供給する。電源９１１が電力を供給できなくなった場合、プロセッサ９１２は、動作を停止する。

【0014】

電力制御回路９１０は、ＲＴＣ９１３との間に直列に接続されているダイオード９１４と、ＲＴＣ９１３に対して並列に接続されている電気二重層キャパシタ９１５とを更に備える。電源９１１は、ダイオード９１４を介して、ＲＴＣ９１３に電力を供給するとともに、電気二重層キャパシタ９１５に電力を供給して電気二重層キャパシタ９１５を充電する。電源９１１が電力を供給できなくなった場合、電気二重層キャパシタ９１５が放電してＲＴＣ９１３に電力を供給する。ＲＴＣ９１３は、電気二重層キャパシタ９１５が放電する電力によって動作できる。その結果、電力制御回路９１０は、ＲＴＣ９１３に対するバックアップ電源として機能し得る。

【0015】

しかし、電気二重層キャパシタ９１５は、自己放電しやすい。よって、電気二重層キャパシタ９１５は、長期間にわたって負荷をバックアップする用途に向いていない。

【0016】

図１において、電気二重層キャパシタ９１５がボタン電池等の一次電池に置き換えられる場合、一次電池がＲＴＣ９１３のバックアップ電源として機能し得る。しかし、一次電池は、充電できないために交換が必要である。また、一次電池が電源９１１の停止時にバックアップを開始するように回路を追加する必要がある。

【0017】

また、電力制御回路９１０は、ＲＴＣ９１３につながる１つの系統だけバックアップでき、プロセッサ９１２に対するバックアップ電源を別途備える必要がある。

【0018】

（比較例２）
図２に示されるように、比較例２に係る電力制御回路９２０は、リチウムイオン二次電池９２１と、正極端子９２６と、負極端子９２７とを備える。リチウムイオン二次電池９２１は、複数の電池セルを含んでよい。リチウムイオン二次電池９２１の正極は、正極端子９２６に接続されている。リチウムイオン二次電池９２１の負極は、負極端子９２７に接続されている。正極端子９２６及び負極端子９２７は、負荷に接続される。電力制御回路９２０は、正極端子９２６及び負極端子９２７から負荷に電流を供給することによって、負荷に対するバックアップ電源として機能する。リチウムイオン二次電池９２１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、端子電圧と正の相関を有する。つまり、リチウムイオン二次電池９２１の端子電圧が高いほど、ＳＯＣが高い。リチウムイオン二次電池９２１は、ＳＯＣが高いほど長時間にわたって放電できる。

【0019】

負荷は、所定値以上の消費電力で動作する重負荷と、所定値未満の消費電力で動作する微小負荷とを含む。重負荷は、例えばプロセッサ９１２を含む。微小負荷は、例えばＲＴＣ９１３を含む。

【0020】

リチウムイオン二次電池９２１の負極と電力制御回路９２０の負極端子９２７とは、並列の２本の経路で接続されている。１つの経路は、スイッチ９２３を含む。もう１つの経路は、スイッチ９２４と抵抗９２５との直列回路を含む。スイッチ９２３及び９２４は、閉じた状態で配線に電流が流れるように導通させる。スイッチ９２３及び９２４は、開いた状態で配線に電流が流れないように遮断する。

【0021】

電力制御回路９２０は、スイッチ９２３及び９２４の開閉を制御するスイッチ制御部９２２を更に備える。スイッチ制御部９２２は、リチウムイオン二次電池９２１の電圧に基づいて、スイッチ９２３及び９２４を制御する。

【0022】

スイッチ制御部９２２は、リチウムイオン二次電池９２１の電圧が所定電圧以上の場合、つまり、ＳＯＣが所定値以上の場合、スイッチ９２３を閉じ、スイッチ９２４を開く。この場合、リチウムイオン二次電池９２１の端子電圧は、正極端子９２６と負極端子９２７との間の電圧として出力され、正極端子９２６と負極端子９２７との間に接続される負荷に印加される。

【0023】

スイッチ制御部９２２は、リチウムイオン二次電池９２１の電圧が第１所定値未満の場合、つまり、ＳＯＣが所定値未満の場合、スイッチ９２３を開き、スイッチ９２４を閉じる。この場合、リチウムイオン二次電池９２１は、抵抗９２５を含む配線を介して負荷に電流を供給する。スイッチ制御部９２２は、抵抗９２５の電圧に基づいて、リチウムイオン二次電池９２１の放電電流を測定する。スイッチ制御部９２２は、リチウムイオン二次電池９２１の放電電流が所定値以上となった場合、スイッチ９２４を開き、リチウムイオン二次電池９２１の放電を停止させる。スイッチ制御部９２２は、リチウムイオン二次電池９２１の放電電流が所定値未満となることを確認した上でスイッチ９２４を閉じ、リチウムイオン二次電池９２１の放電を再開させる。このようにすることで、リチウムイオン二次電池９２１の放電電流が制限され、放電の継続時間が長くされる。

【0024】

負荷は、電流の供給が停止した場合に、スイッチ９２３及び９２４の開閉等の手段によって微小負荷に電流を供給する配線を導通させつつ重負荷に電流を供給する配線を遮断する。このようにすることで、負荷全体に供給される電流が所定値未満となるように制御される。その結果、スイッチ制御部９２２は、スイッチ９２４を閉じた場合に負荷に流れる電流が所定値未満となることを確認できる。この場合、電力制御回路９２０は、微小負荷に対するバックアップ電源として機能できる。

【0025】

電力制御回路９２０は、上述してきたように微小負荷だけでなく重負荷に対するバックアップ電源としても機能できる。電力制御回路９２０は、正極端子９２６と負極端子９２７とで構成される１つの系統から微小負荷及び重負荷の両方にバックアップの電流を供給している。言い換えれば、電力制御回路９２０は、微小負荷及び重負荷の両方によって１つの系統からバックアップの電流を吸い出される。重負荷自身が動作を停止することによってはじめて、重負荷による電流の吸い出しが停止する。したがって、電力制御回路９２０が微小負荷だけに電流を供給する動作は、重負荷自身の制御に依存する。

【0026】

リチウムイオン二次電池９２１の放電電流を測定するために用いられる抵抗９２５において、負荷の動作に寄与しない消費電力が発生する。このような消費電力は、リチウムイオン二次電池９２１が放電を継続できる時間を減少させる。

【0027】

リチウムイオン二次電池９２１は、使用可能な温度範囲が狭く、限られた条件でしか使用できない。電力制御回路９２０が条件から外れた環境で使用される場合、その信頼性が低下する。

【0028】

リチウムイオン二次電池９２１は、自己放電しやすい。よって、リチウムイオン二次電池９２１は、長期間にわたって在庫として保管されにくいし、長期間にわたって負荷をバックアップする用途にも向いていない。

【0029】

リチウムイオン二次電池９２１は、過充電によって早く劣化したり故障したりする。よって、過充電保護回路によってリチウムイオン二次電池９２１の充電電流を制御する必要がある。電力制御回路９２０は、過充電保護回路を備えることによって小型化されにくくなる。その結果、電力制御回路９２０の設置場所が限定される。

【0030】

以上述べてきたリチウムイオン二次電池９２１の課題は、図１において電気二重層キャパシタ９１５をリチウムイオン二次電池９２１で置き換えた場合でも同様に生じ得る課題である。

【0031】

以上述べてきたように、各比較例に係る構成において、電力制御回路９１０及び９２０は、負荷を長期間バックアップするための種々の課題を有している。

【0032】

そこで、本開示は、負荷を長期間にわたってバックアップできる電力制御回路１（図３等参照）を説明する。電力制御回路１は、エッジコンピュータゲートウェイの用途に適用されてよい。電力制御回路１は、ＩｏＴ（Internet of Things）のゲートウェイ端末において用いられてよい。

【0033】

（本開示の一実施形態）
図３に示されるように、一実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０と、第１保護回路１０と、第２保護回路２０と、レギュレータ３０とを備える。リチウムイオンキャパシタ４０は、一端において接地点８０に接続され、他の一端において第１保護回路１０及び第２保護回路２０に接続される。第１保護回路１０は、一端においてリチウムイオンキャパシタ４０に接続され、他の一端においてレギュレータ３０に接続される。レギュレータ３０は、一端において第１保護回路１０に接続され、他の一端において第１負荷６１に接続される。第２保護回路２０は、一端においてリチウムイオンキャパシタ４０に接続され、他の一端においてダイオード５２を介して第２負荷６２に接続される。ダイオード５２は、第２保護回路２０から第２負荷６２に向く方向を順方向として接続される。電力制御回路１は、レギュレータ３０と第１負荷６１との間に位置する節点７１と、ダイオード５２と第２負荷６２との間に位置する節点７２とを有する。電力制御回路１は、ダイオード５１を更に備える。ダイオード５１は、節点７１と節点７２との間に、節点７１から節点７２に向く方向を順方向として接続される。電力制御回路１は、第１保護回路１０とレギュレータ３０との間で、外部電源８に接続される。

【0034】

レギュレータ３０は、外部電源８から供給される電力を、電圧又は電流が所定値となるように制御して第１負荷６１及び第２負荷６２に供給する。レギュレータ３０は、スイッチングレギュレータとして構成されてもよい。レギュレータ３０は、降圧型のスイッチングレギュレータとして構成されてもよいし、昇圧型のスイッチングレギュレータとして構成されてもよい。

【0035】

リチウムイオンキャパシタ４０は、電気二重層キャパシタ９１５及びリチウムイオン二次電池９２１の長所を両立した性能を実現し得る蓄電デバイスである。リチウムイオンキャパシタ４０は、多くの電荷を充電しているほど、長時間にわたって放電できる。リチウムイオンキャパシタ４０に充電される電荷量は、端子電圧と正の相関を有する。つまり、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が高いほど、充電されている電荷量が多くなる。その結果、端子電圧が高いほど、リチウムイオンキャパシタ４０が長時間にわたって放電できる。

【0036】

外部電源８は、レギュレータ３０に電力を供給するとともに、第１保護回路１０を介してリチウムイオンキャパシタ４０を充電できる。外部電源８は、リチウムイオンキャパシタ４０の充電電圧を制御する回路を含んでもよい。外部電源８は、例えば、リチウムイオンキャパシタ４０の充電上限電圧保護機能を有してもよい。外部電源８は、リチウムイオンキャパシタ４０を充電する電圧と、レギュレータ３０に印加する電圧とを、同じ電圧に制御してもよいし、異なる電圧に制御してもよい。

【0037】

外部電源８が供給する電力は、第１負荷６１及び第２負荷６２、並びに、リチウムイオンキャパシタ４０に供給される。レギュレータ３０は、外部電源８から供給された電力を所定電圧の直流電力に制御して第１負荷６１及び第２負荷６２に供給する。リチウムイオンキャパシタ４０は、外部電源８から供給された電力で充電される。外部電源８は、リチウムイオンキャパシタ４０の充電を制御する充電制御回路を含んでよい。外部電源８は、リチウムイオンキャパシタ４０をＣＣＣＶ（Constant Current, Constant Voltage）モードで充電できるように出力する電圧を制御してよい。レギュレータ３０は、外部電源８がリチウムイオンキャパシタ４０を充電するために制御する電圧の大きさにかかわらず、所定電圧の直流電力を第１負荷６１及び第２負荷６２に供給できる。

【0038】

外部電源８が停止して電力を供給できない場合、リチウムイオンキャパシタ４０が放電して、第１負荷６１又は第２負荷６２に電力を供給する。第１保護回路１０及び第２保護回路２０は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧に基づいて電流を流すか遮断するか制御する。

【0039】

リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧以上である場合、第１保護回路１０は、リチウムイオンキャパシタ４０とレギュレータ３０との間を導通させ、リチウムイオンキャパシタ４０からの電力をレギュレータ３０に供給する。リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第１電圧未満である場合、第１保護回路１０は、リチウムイオンキャパシタ４０とレギュレータ３０との間を遮断し、レギュレータ３０への電力供給を停止する。

【0040】

リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第１電圧より低い第２電圧以上である場合、第２保護回路２０は、リチウムイオンキャパシタ４０と第２負荷６２との間を導通させ、リチウムイオンキャパシタ４０からの電力を第２負荷６２に供給する。リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第２電圧未満である場合、第２保護回路２０は、リチウムイオンキャパシタ４０と第２負荷６２との間を遮断し、第２負荷６２への電力供給を停止する。

【0041】

以上のことから、リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第１電圧以上である場合、第１負荷６１及び第２負荷６２は、リチウムイオンキャパシタ４０からの電力供給によって動作できる。リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第１電圧未満且つ第２電圧以上である場合、第２負荷６２は、リチウムイオンキャパシタ４０からの電力供給によって動作できる。一方で、第１負荷６１は、電力が供給されずに動作できない。リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第２電圧未満である場合、第１負荷６１及び第２負荷６２は両方とも、電力が供給されずに動作できない。

【0042】

電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０の電圧が第１電圧未満になった場合に第１負荷６１への電力供給を遮断することで、リチウムイオンキャパシタ４０の充電量を所定値以上残した状態で第１負荷６１を止められる。このようにすることで、第２負荷６２に供給できる電力量が確保される。その結果、第２負荷６２に電力を供給できる期間が長くなる。

【0043】

以上述べてきたように、本実施形態に係る電力制御回路１は、外部電源８が電力を供給できなくなった場合に、第１負荷６１及び第２負荷６２に電力を供給するバックアップ電源として機能できる。さらに、電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０の充電量が減った場合に、少なくとも所定期間にわたって動作させる必要がある第２負荷６２に優先的に電力を供給できる。その結果、電力制御回路１は、第１負荷６１及び第２負荷６２のバックアップ電源として機能しつつ、第２負荷６２を所定期間にわたってバックアップできる。

【0044】

第２負荷６２は、ＲＴＣ等のクロック回路を含む。電力制御回路１は、エッジコンピュータゲートウェイの用途に適用される場合、ＩｏＴ端末にバックアップ電力を供給する。ＩｏＴ端末は、サーバ等と通信することによってデータをサーバにアップロードする。ＩｏＴ端末とサーバ等との間の通信は、クロックによって同期する。したがって、ＩｏＴ端末の運用において、クロックの動作は、優先的に維持されるべき動作の１つに含まれる。本実施形態に係る電力制御回路１は、エッジコンピュータゲートウェイの用途におけるバックアップ電源としての仕様を満たすことができる。

【0045】

第１負荷６１は、プロセッサ等を含む。第１負荷６１は、リチウムイオンキャパシタ４０が供給可能な電力量を数十秒程度で消費するように構成されてよい。一方で、第２負荷６２は、リチウムイオンキャパシタ４０が供給可能な電力量を約半年又は約１年程度以上かけて消費するように構成されてよい。つまり、第２負荷６２の消費電力は、第１負荷６１の消費電力よりも桁違いに小さくされてよい。このようにすることで、電力制御回路１が採用されているＩｏＴ端末が作業員等のアクセス困難な位置に設置されていても、外部電源８から給電されなくなった後に作業員が修理するまで、第２負荷６２に対するバックアップ電源として機能し続けることができる。

【0046】

第２負荷６２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の記憶デバイスを含んでもよい。外部電源８からの電力供給が停止した場合に、第２負荷６２としての記憶デバイスがプロセッサ等で処理中の情報を速やかに記憶してよい。このようにすることで、外部電源８からの電力供給が再開した場合に、プロセッサは、停止前の情報に基づいて動作を再開できる。

【0047】

第２電圧は、リチウムイオンキャパシタ４０の仕様として定められる下限電圧に対応する。リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が下限電圧未満になるまでリチウムイオンキャパシタ４０が放電する場合、リチウムイオンキャパシタ４０が故障する可能性が高くなる。

【0048】

第１電圧は、第２負荷６２の消費電力と、第２負荷６２をバックアップする時間とに基づいて設定される。つまり、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧から第２電圧に低下するまでに放電される電荷量が、第２負荷６２を所定期間にわたってバックアップするために必要な電荷量以上となるように、第１電圧が設定される。

【0049】

図４に示されるように、第１保護回路１０は、電圧検出回路１１と、スイッチング素子１６と、端子１７及び１８とを備える。電圧検出回路１１は、第１電圧検出回路とも称される。スイッチング素子１６は、第１スイッチング素子とも称される。第１保護回路１０は、端子１７でリチウムイオンキャパシタ４０に接続可能に構成される。第１保護回路１０は、端子１８でレギュレータ３０及び外部電源８に接続可能に構成される。第１保護回路１０は、電圧検出回路１１で接地点８０に接続される。第１保護回路１０は、端子１７又は１８と接地点８０との間に印加される電圧によって動作する。

【0050】

本実施形態において、スイッチング素子１６は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を含むとする。スイッチング素子１６は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。スイッチング素子１６は、ＭＯＳＦＥＴ以外のトランジスタを含んでもよいし、スイッチＩＣ（Integrated Circuit）等を含んでもよい。スイッチング素子１６は、オン状態において導通し、オフ状態において遮断する。

【0051】

電圧検出回路１１は、コンパレータ１２と、基準電圧源１３と、分圧抵抗１４及び１５とを含む。分圧抵抗１４及び１５は、端子１８と接地点８０との間に直列に接続される。分圧抵抗１４及び１５は、端子１８と接地点８０との間に印加される電圧を分圧する。端子１８と接地点８０との間に印加される電圧を分圧抵抗１４及び１５で分圧した電圧は、第１分圧電圧とも称される。第１分圧電圧は、分圧抵抗１４と分圧抵抗１５との間に位置する節点１９に印加される。基準電圧源１３は、端子１８と接地点８０との間に接続され、第１基準電圧を出力する。

【0052】

コンパレータ１２は、入力端子で基準電圧源１３と節点１９とに接続され、出力端子でスイッチング素子１６のゲートに接続される。コンパレータ１２は、端子１８と接地点８０との間に接続され、端子１８と接地点８０との間に印加される電圧によって動作する。スイッチング素子１６がオン状態となって端子１７と端子１８とを導通させている場合、コンパレータ１２は、端子１７から印加される電圧で動作してよいし、端子１８から印加される電圧で動作してもよい。コンパレータ１２は、２つの入力端子と、１つの出力端子とを有する。コンパレータ１２は、入力端子に入力された第１基準電圧と第１分圧電圧とを比較した結果に基づく信号を出力端子から出力する。

【0053】

第１分圧電圧が第１基準電圧以上である場合、コンパレータ１２は、スイッチング素子１６がオン状態になるように制御する信号を出力端子から出力する。スイッチング素子１６がＦＥＴである場合、コンパレータ１２は、ＦＥＴのゲート閾値電圧以上の電圧を有する信号を出力する。第１分圧電圧が第１基準電圧以上である場合、コンパレータ１２は、端子１７又は１８と同じ電圧を出力することによってスイッチング素子１６をオン状態にさせてもよい。スイッチング素子１６は、オン状態である場合にオン状態になるように制御する信号を受けることによって、オン状態を維持する。スイッチング素子１６は、オフ状態である場合にオン状態になるように制御する信号を受けることによって、オン状態に遷移する。

【0054】

第１分圧電圧が第１基準電圧未満である場合、コンパレータ１２は、スイッチング素子１６がオフ状態になるように制御する信号を出力端子から出力する。スイッチング素子１６がＦＥＴである場合、コンパレータ１２は、ＦＥＴのゲート閾値電圧未満の電圧を有する信号を出力する。第１分圧電圧が第１基準電圧未満である場合、コンパレータ１２は、接地点８０と同じ電圧を出力することによってスイッチング素子１６をオフ状態にさせてもよい。スイッチング素子１６は、オン状態である場合にオフ状態になるように制御する信号を受けることによって、オフ状態に遷移する。スイッチング素子１６がオフ状態に遷移した場合、コンパレータ１２は、電圧を受けることができなくなって動作しなくなる。コンパレータ１２は、電圧を受けることができずに動作しなくなった場合、信号を出力しない。コンパレータ１２が信号を出力しない状態は、コンパレータ１２がスイッチング素子１６をオフ状態にする信号を出力している状態とみなされる。したがって、コンパレータ１２が信号を出力しない場合、スイッチング素子１６は、オフ状態となる。その結果、スイッチング素子１６は、オン状態からオフ状態に遷移した後、オフ状態のままで維持される。スイッチング素子１６がもともとオフ状態であった場合も、スイッチング素子１６は、オフ状態のままで維持される。

【0055】

電圧検出回路１１は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧以上である場合に第１分圧電圧が第１基準電圧以上となるように構成される。具体的には、電圧検出回路１１において、分圧抵抗１４及び１５の抵抗値、並びに、基準電圧源１３が出力する第１基準電圧が適宜設定される。

【0056】

図５に示されるように、第２保護回路２０は、電圧検出回路２１と、スイッチング素子２６と、端子２７及び２８とを備える。電圧検出回路２１は、第２電圧検出回路とも称される。スイッチング素子２６は、第２スイッチング素子とも称される。第２保護回路２０は、端子２７でリチウムイオンキャパシタ４０に接続され、端子２８で第２負荷６２に接続される。第２保護回路２０は、電圧検出回路２１で接地点８０に接続される。第２保護回路２０は、端子２７又は２８から印加される電圧によって動作する。

【0057】

本実施形態において、スイッチング素子２６は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるとする。電圧検出回路２１は、図４の電圧検出回路１１と同一に構成されるとする。電圧検出回路２１は、端子２７又は２８と接地点８０との間を分圧した第２分圧電圧を生成する。電圧検出回路２１は、第２基準電圧を生成する。

【0058】

電圧検出回路２１は、第２分圧電圧が第２基準電圧以上である場合、スイッチング素子２６がオン状態になるように制御する信号を出力する。スイッチング素子２６がＦＥＴである場合、電圧検出回路２１は、ゲート閾値電圧以上の電圧を有する信号を出力する。

【0059】

電圧検出回路２１は、第２分圧電圧が第２基準電圧未満である場合、スイッチング素子２６がオフ状態になるように制御する信号を出力する。スイッチング素子２６がＦＥＴである場合、電圧検出回路２１は、ゲート閾値電圧未満の電圧を有する信号を出力する。

【0060】

電圧検出回路２１は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧以上である場合に第２分圧電圧が第２基準電圧以上となるように構成される。第２基準電圧は、第１基準電圧と同じにされてもよい。この場合、第２分圧電圧が第１分圧電圧と同じになるように電圧検出回路２１に含まれる分圧抵抗の抵抗値が設定されてよい。第１基準電圧と第２基準電圧とが同じにされることによって、電圧検出回路１１及び２１において、基準電圧源１３が共通化され得る。

【0061】

図６に例示されるグラフを参照して、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の時間変化が説明される。横軸は、時刻を表している。縦軸は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧を表している。

【0062】

リチウムイオンキャパシタ４０は、時刻Ｔ０まで端子電圧がＶ０となるように充電され、時刻Ｔ０以降に放電を開始する。放電開始時点（時刻Ｔ０）において、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧は、リチウムイオンキャパシタ４０の内部抵抗による電圧降下によってステップ状に低くなる。リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧は、放電によって低下し、時刻Ｔ１において第１電圧Ｖ１にまで低下する。

【0063】

リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧Ｖ１になったとき、第１保護回路１０は、リチウムイオンキャパシタ４０とレギュレータ３０との間を遮断する。一方で、第２保護回路２０は、リチウムイオンキャパシタ４０と第２負荷６２との間の導通を維持する。これによって、第２負荷６２への給電が維持されるものの、第１負荷６１への給電が停止する。

【0064】

第１負荷６１への給電が停止することによってリチウムイオンキャパシタ４０の放電電流が減少する。放電電流の減少によって、リチウムイオンキャパシタ４０の内部抵抗による電圧降下が減少する。その結果、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧は、時刻Ｔ１においてステップ状に高くなる。第１負荷６１は、給電が停止したタイミングで動作を停止する。リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧がステップ状に高くなることによって第１保護回路１０がリチウムイオンキャパシタ４０とレギュレータ３０との間を再び導通させ得る。この場合、第１負荷６１は、自動的に動作を再開しないように構成されてよい。例えば、第１負荷６１は、外部電源８と通信可能に構成され、外部電源８が電力供給を再開したことを表す信号を取得した場合に動作を再開するように構成されてよい。このようにすることで、第１保護回路１０のスイッチング素子１６がオン状態とオフ状態との間で小刻みに変化する現象（リレー等で発生するチャタリングに対応する現象）が起こりにくくなる。

【0065】

時刻Ｔ１以降において、リチウムイオンキャパシタ４０は、第２負荷６２の動作に必要とされる電流を流すように放電する。したがって、時刻Ｔ１以後の放電電流は、時刻Ｔ１以前の放電電流より小さくなる。リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧は、放電電流の減少によって時刻Ｔ１以前よりも緩やかに低下し、時刻Ｔ２において第２電圧Ｖ２にまで低下する。

【0066】

リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧Ｖ２になったとき、第２保護回路２０は、リチウムイオンキャパシタ４０と第２負荷６２との間を遮断する。これによって、第２負荷６２への給電が停止する。

【0067】

以上述べてきたように、本実施形態に係る電力制御回路１は、外部電源８が電力を供給できなくなった場合に、第１負荷６１及び第２負荷６２に電力を供給するバックアップ電源として機能できる。さらに、電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０の充電量が減った場合に、少なくとも所定期間にわたって動作させる必要がある第２負荷６２に優先的に電力を供給できる。その結果、電力制御回路１は、第１負荷６１及び第２負荷６２のバックアップ電源として機能しつつ、第２負荷６２を所定期間にわたってバックアップできる。

【0068】

本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧に基づいてスイッチング素子１６及び２６の開閉を制御する。一方、比較例２に係る電力制御回路９２０は、リチウムイオン二次電池９２１の放電電流を検出するために抵抗９２５を有する。抵抗９２５は、負荷のバックアップに寄与しない消費電力を増加させる。また、スイッチ制御部９２２回路自身も電力を消費する。電力制御回路９２０における消費電力の増加は、負荷をバックアップできる期間の短縮を引き起こす。本実施形態に係る電力制御回路１は、比較例２に係る電力制御回路９２０に比べて、負荷をバックアップできる期間を長くできる。

【0069】

リチウムイオンキャパシタ４０は、リチウムイオン二次電池９２１よりも広い温度範囲で動作可能である。したがって、仮にリチウムイオンキャパシタ４０がリチウムイオン二次電池９２１に置き換えられた場合、電力制御回路１が動作できる温度範囲が狭くなる。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって、リチウムイオン二次電池９２１を備える構成と比べて、動作できる温度範囲を広げることができる。その結果、高い利便性が実現され得る。

【0070】

リチウムイオン二次電池９２１は、その内部においてデンドライト状の金属リチウムが析出する現象によって自己放電しやすい。一方で、リチウムイオンキャパシタ４０は、自己放電しにくい。また、電気二重層キャパシタ９１５は、リチウムイオンキャパシタ４０よりも自己放電しやすい。したがって、仮にリチウムイオンキャパシタ４０が同じ充電容量のリチウムイオン二次電池９２１又は電気二重層キャパシタ９１５に置き換えられた場合、電力制御回路１がバックアップ電源として機能する期間が短くなる。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって、同じ容量のリチウムイオン二次電池９２１又は電気二重層キャパシタ９１５を備える構成と比べて、バックアップ電源として機能する期間を長くできる。その結果、高い利便性が実現され得る。

【0071】

リチウムイオン二次電池９２１は、過充電及び過放電のいずれが発生しても劣化したり故障しやすくなったりする。一方で、リチウムイオンキャパシタ４０は、過充電が発生しても劣化したり故障しやすくなったりしない。したがって、仮にリチウムイオンキャパシタ４０がリチウムイオン二次電池９２１に置き換えられた場合、電力制御回路１は、過充電監視回路を更に備える必要がある。過充電監視回路の追加は、電力制御回路１の大型化又は高コスト化を引き起こし得る。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって、過充電監視回路を必要としない。その結果、構成が簡易化され得る。

【0072】

リチウムイオンキャパシタ４０の過放電の保護は、電力制御回路１が第１保護回路１０及び第２保護回路２０を備えることによって実現されている。つまり、電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧未満にならないように制御して過放電の発生を回避できる。

【0073】

仮にリチウムイオンキャパシタ４０がリチウムイオン二次電池９２１に置き換えられた場合、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴは、リチウムイオン二次電池９２１に接続するスイッチング素子１６として性能不足である。したがって、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられる。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられることによって、リチウムイオン二次電池９２１の回路は、接地側でスイッチングされる必要がある。接地側でスイッチングされる場合、回路が接地されない状態が生じて不安定になり得る。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって接地側でスイッチングせずに電圧を印加したハイサイドでスイッチングする結果、安定して動作できる。その結果、高い利便性が実現され得る。

【0074】

リチウムイオンキャパシタ４０は、リチウムイオン二次電池９２１より長寿命であり得る。したがって、電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を交換しない前提で構成され得る。電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を交換しない前提で構成される場合、交換可能に構成される場合よりも簡易に構成され得る。仮にリチウムイオンキャパシタ４０がリチウムイオン二次電池９２１に置き換えられた場合、電力制御回路１は、リチウムイオン二次電池９２１を交換可能に構成される必要がある。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって、メンテナンス頻度を低減できる。その結果、高い利便性が実現され得る。

【0075】

仮に電力制御回路１が第１負荷６１をバックアップするリチウムイオンキャパシタ４０と別の構成として第２負荷６２に電力を供給するための一次電池を備える場合、電力制御回路１は、第２負荷６２に一次電池を接続するための回路を備える必要がある。このような回路は、電力制御回路１を複雑にするとともに、第２保護回路２０よりも高価になり得る。また、一次電池が放電を終えた後、電力制御回路１が第２負荷６２のバックアップ電源として機能できなくなる。本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによって、一次電池を備える構成と比べて、安価に構成され得るとともに、長期間にわたって動作できる。その結果、高い利便性が実現され得る。

【0076】

（保護回路の自動スリープ）
第１保護回路１０において、電圧検出回路１１は、スイッチング素子１６を介して、リチウムイオンキャパシタ４０に接続される端子１７に接続される。つまり、電圧検出回路１１は、スイッチング素子１６を介して、リチウムイオンキャパシタ４０から放電電流の供給を受けることができる。第１保護回路１０は、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧未満になった場合、スイッチング素子１６をオフ状態にする。この場合、リチウムイオンキャパシタ４０の放電電流は、電圧検出回路１１に流れない。第１保護回路１０は、スイッチング素子１６をオフ状態にすることによって、電力を消費しなくなる。この場合、電圧検出回路１１がスイッチング素子１６を介さずに端子１７に接続される場合と比較して、第１保護回路１０がリチウムイオンキャパシタ４０の電流を消費しなくなる。つまり、第１保護回路１０が第１負荷６１を止めた後に無駄な電力を消費しなくなる。その結果、リチウムイオンキャパシタ４０が第２負荷６２に電流を供給できる期間が長くなる。

【0077】

第２保護回路２０においても、電圧検出回路２１は、スイッチング素子２６を介して、リチウムイオンキャパシタ４０に接続される端子２７に接続される。これによって、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧未満になった後に、第２保護回路２０がリチウムイオンキャパシタ４０の電流を消費しなくなる。その結果、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧のさらなる低下が避けられ得る。リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧未満で更に低下した場合、リチウムイオンキャパシタ４０は、劣化しやすくなる。したがって、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の低下の抑制は、リチウムイオンキャパシタ４０の劣化の抑制につながる。

【0078】

（電源復帰時の充電）
上述のとおり、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧未満になった場合、スイッチング素子１６がオフ状態になる。その結果、電圧検出回路１１は動作しなくなる。

【0079】

ここで、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧未満であり且つスイッチング素子１６がオフ状態である場合に、外部電源８が電力供給を再開すると仮定する。スイッチング素子１６は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴであるとする。

【0080】

外部電源８が第１電圧以上の電圧で電力を供給する場合、スイッチング素子１６がオン状態になる。この場合、外部電源８からリチウムイオンキャパシタ４０に向かう電流は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴのチャネルを流れることができる。

【0081】

外部電源８は、ＣＣＣＶ（Constant Current, Constant Voltage）制御でリチウムイオンキャパシタ４０を充電する場合、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧に応じて第１電圧未満の電圧で電力を供給することがある。この場合、スイッチング素子１６がオフ状態のままとなる。スイッチング素子１６（ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ）がオフ状態であることによって、外部電源８からリチウムイオンキャパシタ４０に向かう電流は、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴのチャネルを流れることができない。

【0082】

しかし、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴは、図４に示されるように、寄生ダイオード１６ａを有する。寄生ダイオード１６ａは、ボディダイオードとも称される。スイッチング素子１６（ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ）は、寄生ダイオード１６ａの順方向が端子１８から端子１７に向かう方向となるように接続される。外部電源８からリチウムイオンキャパシタ４０に向かう電流は、寄生ダイオード１６ａを流れることができる。このようにすることで、本実施形態に係る電力制御回路１は、充電を再開するための特別な回路を必要とせずに、外部電源８にリチウムイオンキャパシタ４０の充電を再開させることができる。その結果、電力制御回路１は、簡易な回路で構成される。

【0083】

以上述べてきたように、本実施形態に係る電力制御回路１によれば、スイッチング素子１６（ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ）がオン状態であるかオフ状態であるかにかかわらず、外部電源８がリチウムイオンキャパシタ４０を充電できる。

【0084】

仮にリチウムイオンキャパシタ４０がリチウムイオン二次電池９２１に置き換えられたとする。この場合、リチウムイオン二次電池９２１の過充電を制限するために、寄生ダイオード１６ａに電流が流れないようにする必要がある。そのため、リチウムイオン二次電池９２１に置き換えられた場合、スイッチング素子１６として、ソース－ドレインの方向が互いに逆向きとなるように直列に接続された２つのＭＯＳＦＥＴが採用される。そうすると、スイッチング素子１６がオフ状態の場合に寄生ダイオード１６ａに電流が流れず、リチウムイオンキャパシタ４０が充電されない。したがって、本実施形態に係る電力制御回路１は、リチウムイオンキャパシタ４０を備えることによってはじめて、外部電源８が電力供給を再開したときにスイッチング素子１６がオン状態かオフ状態かにかかわらず充電を再開できる。その結果、復電時の復帰が容易になる。また、電力制御回路１による充電の再開は、簡易な回路で実現され得る。

【0085】

（使用温度範囲の拡張）
リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の上限及び下限は、リチウムイオンキャパシタ４０の使用温度に応じて定まる。リチウムイオンキャパシタ４０がＴ１ｍｉｎからＴ１ｍａｘまでの温度範囲で使用される場合、端子電圧の上限及び下限はそれぞれ、Ｖ１ｍａｘ及びＶ１ｍｉｎとされるとする。一方で、リチウムイオンキャパシタ４０がＴ２ｍｉｎからＴ２ｍａｘまでの温度範囲で使用される場合、端子電圧の上限及び下限はそれぞれ、Ｖ２ｍａｘ及びＶ２ｍｉｎとされるとする。ここで、Ｔ１ｍａｘは、Ｔ２ｍａｘよりも高いと仮定する。Ｖ１ｍｉｎは、Ｖ２ｍｉｎよりも低いと仮定する。このような仮定の下で、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の下限は、リチウムイオンキャパシタ４０の温度がＴ２ｍａｘを超える場合とＴ２ｍａｘ以下である場合とで異なる。Ｔ２ｍａｘが所定温度と称される場合、端子電圧の下限は、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が所定温度を超える場合よりも、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が所定温度以下である場合に低くなる。

【0086】

具体例として、リチウムイオンキャパシタ４０が－３０℃から＋８５℃までの温度範囲で使用される場合、端子電圧の上限及び下限はそれぞれ、３．５Ｖ及び２．５Ｖとされてよい。一方で、リチウムイオンキャパシタ４０が－３０℃から＋７０℃までの温度範囲で使用される場合、端子電圧の上限及び下限はそれぞれ、３．８Ｖ及び２．２Ｖとされてよい。この例において、上述の各変数は、以下のように表される。
Ｔ１ｍｉｎ＝－３０℃、Ｔ１ｍａｘ＝＋８５℃
Ｔ２ｍｉｎ＝－３０℃、Ｔ２ｍａｘ＝＋７０℃
Ｖ１ｍｉｎ＝２．５Ｖ、Ｖ１ｍａｘ＝３．５Ｖ
Ｖ２ｍｉｎ＝２．２Ｖ、Ｖ２ｍａｘ＝３．８Ｖ

【0087】

図７に示されるように、リチウムイオンキャパシタ４０は、第１負荷６１とともに回路基板１００に実装されてよい。リチウムイオンキャパシタ４０は、第１負荷６１の発熱の影響を受ける位置に実装されているとする。この場合、リチウムイオンキャパシタ４０の温度は、第１負荷６１の動作の発熱によって上昇する。つまり、第１負荷６１の発熱量が大きいほど、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が高くなる。

【0088】

第１負荷６１が動作している場合、リチウムイオンキャパシタ４０の温度は、所定温度を超えやすくなる。一方で、第１負荷６１が停止している場合、リチウムイオンキャパシタ４０の温度は、所定温度以下にとどまりやすくなる。

【0089】

ここで、所定温度が７０℃であると仮定する。この仮定を上述の具体例に当てはめると、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が７０℃を超える場合、端子電圧の下限は２．５Ｖである。リチウムイオンキャパシタ４０の温度が７０℃以下である場合、端子電圧の下限は２．２Ｖである。

【0090】

さらに、第１電圧が２．５Ｖに設定され、且つ、第２電圧が２．２Ｖに設定されると仮定する。この仮定の下で、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第１電圧未満になって第１保護回路１０が第１負荷６１への電力供給を遮断した場合、第１負荷６１が停止することによってリチウムイオンキャパシタ４０の温度が所定温度未満にとどまりやすくなる。そうすると、第２保護回路２０を通じて第２負荷６２への電力供給が継続してリチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧が第２電圧まで低下したとしても、リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の下限を下回りにくくなる。

【0091】

以上述べてきた例におけるリチウムイオンキャパシタ４０の温度及び端子電圧の下限と、第１電圧及び第２電圧との関係が満たされる場合、リチウムイオンキャパシタ４０が第１負荷６１の発熱の影響を受ける位置に実装されることが許容されるといえる。満たされるべき条件は、以下の（ａ）及び（ｂ）に言い換えられる。
（ａ）リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の下限は、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が所定温度より高くなっている場合において第１電圧に対応する。
（ｂ）リチウムイオンキャパシタ４０の端子電圧の下限は、リチウムイオンキャパシタ４０の温度が所定温度以下になっている場合において第２電圧に対応する、

【0092】

リチウムイオンキャパシタ４０が第１負荷６１の発熱の影響を受ける位置に実装されることが許容されることによって、電力制御回路１の実装に関する制約が少なくなる。また、回路基板１００に実装される部品が集積化されやすくなる。その結果、電力制御回路１の小型化及び低コスト化が実現され得る。また、リチウムイオンキャパシタ４０は、その使用温度範囲内においてできるだけ広い電圧範囲で活用される。その結果、第２負荷６２に電力を供給できる期間が長くなる。

【0093】

（自己停止機能）
第１負荷６１は、リチウムイオンキャパシタ４０が供給可能な電力量を数十秒程度で消費すると仮定する。ここで、第１負荷６１は、プロセッサであるとする。第１負荷６１は、外部電源８からの電力供給が停止した場合、外部電源８の停止を検出し、第１負荷６１自身の停止処理を開始する。第１負荷６１は、リチウムイオンキャパシタ４０から電力が供給されている間に停止処理を完了させることによって、電力供給再開時に安全に動作を再開できるように停止できる。第１電圧は、第１負荷６１が停止処理を完了できるまでリチウムイオンキャパシタ４０を放電させ続けることができるように設定されてよい。

【0094】

第１負荷６１が自ら停止した後、レギュレータ３０は、第１負荷６１に対して電力を供給しなくてもよい。第１負荷６１は、図１に破線で示されるようにレギュレータ３０に通信線７３で接続されてよい。第１負荷６１は、通信線７３を介してレギュレータ３０に対して放電停止信号を出力してよい。レギュレータ３０は、第１負荷６１からの放電停止信号に基づいて、リチウムイオンキャパシタ４０が放電した電力を第１負荷６１及び第２負荷６２に出力する動作を停止してよい。このようにすることで、電力制御回路１の消費電力のうちレギュレータ３０の消費電力が削減される。電力制御回路１の消費電力の削減は、リチウムイオンキャパシタ４０が第２負荷６２に供給できる電力量を増加させる。その結果、第２負荷６２に電力を供給できる期間が長くなる。

【0095】

本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0096】

１ 電力制御回路
８ 外部電源
１０ 第１保護回路
１１ 電圧検出回路（１２：コンパレータ、１３：基準電圧源、１４：分圧抵抗、１５：分圧抵抗、１９：節点）
１６ スイッチング素子
１７、１８ 端子
２０ 第２保護回路
２１ 電圧検出回路
２６ スイッチング素子
２７、２８ 端子
３０ レギュレータ
４０ リチウムイオンキャパシタ
５１、５２ ダイオード
６１ 第１負荷
６２ 第２負荷
７１、７２ 節点
７３ 通信線
８０ 接地点
１００ 回路基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】