專利名稱：定電流源電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電流源電路，特別是涉及一種可以提供定電流輸出的定電流源電路。

背景技術：
隨著科技的進步，人們對于移動電話(Mobile Phone)、個人數(shù)碼助理(PDA)及筆記型電腦(Notebook)等移動式3C產(chǎn)品的需求也越來越多，而這些產(chǎn)品皆需要儲能元件來當作其系統(tǒng)的供電來源。就目前而言，應用上大都是利用電池、電容或超級電容(Super capacitor)作為能量儲存的元件。
電容雖然在制造工藝(即制程，以下均稱為制造工藝)上較為簡單，但因其儲存容量小，只能當做短暫儲能使用。而傳統(tǒng)電池，主要是利用化學能的方式來進行能量儲存，因此其能量儲存密度明顯優(yōu)于一般電容，而可應用于各種電力供應裝置，但是，缺點是其所能產(chǎn)生的瞬間電力輸出會受限于化學反應速率，而無法快速的充放電或進行高功率輸出，且充放電次數(shù)有限，過度充放時易滋生各種問題；例如目前所使用的蓄電池，雖然標榜著可重復使用，但還是有其壽命的限制。在多次充放電或長時間不使用的情況下，蓄電池的容量會下降，且容易損壞，原因在于蓄電池是利用化學能轉換為電能，化學物質要常保其活性，才不至于失效變質，當原來的化合物活性都作用完或將近用完時，便無法再進行新的化學反應，進而導致蓄電池老化而宣告壽終。
超級電容是一種介于電池與電容間的元件，又稱雙電層電容(Electrical Double-Layer Capacitor)，因同時通過部分物理儲能、部分化學儲能架構，所以其具有比普通電容更大的容量，但其缺點是因有化學材料而具化學特性，而易有如電池的漏電缺點，又加上因還有部分是物理特性的放電速度快的現(xiàn)象，如此一來就產(chǎn)生很快就會沒電的現(xiàn)象，無法達到有效蓄電功能。甚至，超級電容的耐壓度不高，內阻較大，因而不可以用于交流電路，且如果使用不當會造成電解質泄漏等現(xiàn)象。
此外，在現(xiàn)今移動式3C產(chǎn)品中，大都是使用半導體電流鏡的方式，并以上述儲能元件當作供應電源，來實現(xiàn)一個可提供固定電流的電流源。
由此可見，上述現(xiàn)有的定電流源電路在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新型結構的定電流源電路，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。


發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的定電流源電路存在的缺陷，而提供一種新型結構的定電流源電路，所要解決的技術問題是使其可以提供一定電流輸出，非常適于實用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達到上述目的，本發(fā)明定電流源電路用以供電一負載，并包含一磁性電容及一電阻電路。其中，磁性電容用于輸出一電壓至耦接磁性電容與負載之間的電阻電路，而電阻電路的電阻值會和磁性電容所輸出的電壓與負載之間的跨電壓的電壓差成正比，且電阻電路的電阻值會隨磁性電容輸出的電壓值遞減而遞減，以穩(wěn)定定電流源電路輸出的電流值。
本發(fā)明的磁性電容是一種新穎的儲能元件，且較現(xiàn)有的電池、電容、超級電容具有許多優(yōu)點，其用于輸出一電力并具有一第一磁性電極、一第二磁性電極以及位于其間的一介電層，第一磁性電極與第二磁性電極系由具磁性的導電材料構成，且第一磁性電極的磁耦極方向相同，而第二磁性電極的磁耦極方向相同，但第二磁性電極可與第一磁性電極的磁耦極方向相反。再者，第一磁性電極與第二磁性電極中的至少一者具有一第一磁性層、一第二磁性層與一夾置于第一磁性層與第二磁性層間且非磁性材質的隔離層。
較佳地，本發(fā)明的第一磁性電極與第二磁性電極的材質為稀土元素，而介電層的材質為氧化鈦(TiO3)或氧化鋇鈦(BaTiO3)或一半導體材質。
較佳地，本發(fā)明的電阻電路具有一電壓頻率轉換器及一切換電容電路。其中電壓頻率轉換器可為一壓控振蕩器，且耦接于磁性電容并輸出一脈波信號，而該脈波信號的頻率值隨磁性電容所輸出的電壓值遞增而遞減。
此外，切換電容電路具有一電容及一耦接電壓頻率轉換器與電容的切換器，切換器會根據(jù)電壓頻率轉換器所發(fā)出的脈波信號使電容交替地耦接于磁性電容與負載其中之一。
借由上述技術方案，本發(fā)明定電流源電路至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明的有益效果在于可以提供一個穩(wěn)定且固定的定電流。
綜上所述，本發(fā)明是有關于一種定電流源電路，用以供電一負載，該定電流源電路包含一磁性電容及一電阻電路。其中，本發(fā)明的磁性電容是一種新穎的儲能元件，且較現(xiàn)有的電池、電容、超級電容具有許多優(yōu)點，其用于輸出一電力并具有一第一磁性電極、一第二磁性電極以及位于其間的一介電層，第一磁性電極與第二磁性電極是由具磁性的導電材料構成。而電阻電路耦接磁性電容與負載間，且電阻電路的電阻值和磁性電容所輸出的電壓與負載間的電壓差成正比，以穩(wěn)定定電流源電路的輸出電流值。本發(fā)明在技術上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。



圖1是一電路示意圖，說明本發(fā)明定電流源電路的較佳實施例。
圖2是一比較示意圖，說明本發(fā)明的磁性電容與其他現(xiàn)有能量儲存媒介的比較。
圖3是一結構示意圖，說明本發(fā)明的磁性電容的結構。
圖4是一結構示意圖，說明為本發(fā)明的磁性電容的第一磁性電極另一種的結構。
圖5是一結構示意圖，說明本發(fā)明的磁性電容的另一示意圖。
圖6是一波形圖，說明本發(fā)明的電壓頻率轉換器的輸入電壓與輸出信號頻率的關系。

具體實施例方式 為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的定電流源電路其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖1所示，為本發(fā)明定電流源電路的較佳實施例，該定電流源電路1用以提供一定電流I給一負載2，并包含一磁性電容3及一電阻電路4。磁性電容3用于輸出一電壓V至耦接磁性電容3與負載2之間的電阻電路4，而電阻電路4的電阻值Req會和磁性電容3所輸出的電壓V與負載2之間的跨電壓VL的電壓差成正比，且電阻電路4的電阻值Req會隨電壓V的電壓值的遞減而遞減，以穩(wěn)定定電流源電路1輸出的電流值I。值得一提的是，在本實施例中，負載2為一個具有固定跨電壓VL的發(fā)光二極管(LED)，所以磁性電容3所輸出的電壓V將會決定電阻電路4的電阻值Req如何變化。
因為本發(fā)明中的磁性電容3是一種新穎的儲能元件，且較現(xiàn)有的電池、電容、超級電容具有許多優(yōu)點，因此以下先對磁性電容3作一介紹，之后再詳述電阻電路4的內部元件關系，以及其電阻值Req如何隨著磁性電容3所輸出的電壓V變化，以至于定電流源電路1可輸出定電流I。
請參閱圖2所示，是本實施例的磁性電容與其他現(xiàn)有能量儲存媒介的比較示意圖。如圖2所示，由于現(xiàn)有能量儲存媒介(例如傳統(tǒng)電池或超級電容)主要是利用化學能的方式來進行能量儲存，因此其能量儲存密度將會明顯優(yōu)于一般電容，而可應用于各種電力供應裝置。但在此同時，其所能產(chǎn)生的瞬間電力輸出也會受限于化學反應速率，而無法快速的充放電或進行高功率輸出，且充放電次數(shù)有限，過度充放時易滋生各種問題。
相較于此，由于磁性電容3中儲存的能量全部是以電位能的方式進行儲存，因此，除了具有可與一般電池或超級電容匹配的能量儲存密度外，更因充分保有電容的特性，而具有壽命長(高充放電次數(shù))、高能量儲存密度、無記憶效應、可進行高功率輸出、快速充放電等特點，所以可有效解決當前電池所遇到的各種問題。
請參閱圖3所示，是本發(fā)明的磁性電容3的結構示意圖。如圖3所示，磁性電容3是包含有一第一磁性電極110、一第二磁性電極120，以及位于其間的一介電層130。其中第一磁性電極110與第二磁性電極120是由具磁性的導電材料所構成，并借由適當?shù)耐饧与妶鲞M行磁化，使第一磁性電極110與第二磁性電極120內分別形成磁偶極(magenetic dipole)115與125，以在磁性電容3內部構成一磁場，對帶電粒子的移動造成影響，從而抑制磁性電容20的漏電流。
所需要特別強調的是，圖3中的磁偶極115與125的箭頭方向僅為一示意圖。對熟習該項技藝者而言，應可了解到磁偶極115與125實際上是由多個整齊排列的微小磁偶極所疊加而成，且在本發(fā)明中，磁偶極115與125最后形成的方向并無限定，例如可指向同一方向或不同方向。介電層130則是用來分隔第一磁性電極110與第二磁性電極120，以在第一磁性電極110與第二磁性電極120處累積電荷，儲存電位能。在本發(fā)明的一實施例中，第一磁性電極110與第二磁性電極120是包含有磁性導電材質，例如稀土元素，介電層130是由氧化鈦(TiO3)、氧化鋇鈦(BaTiO3)或一半導體層，例如氧化硅(silicon oxide)所構成。然而本發(fā)明并不限于此，第一磁性電極110、第二磁性電極120與介電層130均可視產(chǎn)品的需求而選用適當?shù)钠渌牧稀?br> 比喻說明本發(fā)明磁性電容的操作原理如下。物質在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為“磁阻效應”，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電阻現(xiàn)象。通常情況下，物質的電阻率在磁場中僅產(chǎn)生輕微的減?。辉谀撤N條件下，電阻率減小的幅度相當大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值高出10倍以上，而能夠產(chǎn)生很龐大的磁阻效應。若是進一步結合麥克斯韋-瓦格納(Maxwel1-Wagner)電路模型，磁性顆粒復合介質中也可能會產(chǎn)生很龐大的磁電容效應。
在現(xiàn)有電容中，電容值C是由電容的面積A、介電層的介電常數(shù)ε0εr及厚度d決定，如下式。然而在本發(fā)明中，磁性電容3主要利用第一磁性電極110與第二磁性電極120中整齊排列的磁偶極來形成磁場來，使內部儲存的電子朝同一自旋方向轉動，進行整齊的排列，所以可在同樣條件下，容納更多的電荷，進而增加能量的儲存密度。類比于現(xiàn)有電容，磁性電容3的運作原理相當于借由磁場的作用來改變介電層130的介電常數(shù)，因此造成電容值的大幅提升。
此外，在本實施例中，第一磁性電極110與介電層130之間的介面131以及第二磁性電極120與介電層130之間的介面132均為一不平坦的表面，以借由增加表面積A的方式，進一步提升磁性電容3的電容值C。
請參閱圖4所示，是本發(fā)明的磁性電容的第一磁性電極110另一種的結構示意圖。如圖4所示，第一磁性電極110是為一多層結構，包含有一第一磁性層112、一隔離層114以及一第二磁性層116。其中隔離層114是由非磁性的導電材料所構成，例如銅，而第一磁性層112與第二磁性層116則包含有具磁性的導電材料，并在磁化時，借由適當?shù)耐饧哟艌?，使得第一磁性?12與第二磁性層114中的磁偶極113與117分別具有不同的方向，例如在本發(fā)明的較佳實施例中，磁偶極113與117的方向是為反向，而能進一步抑制磁性電容3的漏電流。此外，需要強調的是，磁性電極110的結構并不限于前述的三層結構，而可以類似的方式，以多數(shù)個磁性層與非磁性導電層不斷交錯堆疊，再借由各磁性層內磁偶極方向的調整來進一步抑制磁性電容3的漏電流，甚至達到幾乎無漏電流的效果。
此外，由于現(xiàn)有儲能元件多半以化學能的方式進行儲存，因此都需要有一定的尺寸，否則往往會造成效率的大幅下降。相較于此，本發(fā)明的磁性電容3是以電位能的方式進行儲存，且因所使用的材料可適用于半導體制造工藝(即制程，以下均稱為制造工藝)，所以可借由適當?shù)陌雽w制造工藝來形成磁性電容3以及周邊電路連接，進而縮小磁性電容3的體積與重量，由于此制作方法可使用一般半導體制造工藝，其應為熟習該項技藝者所熟知，所以在此不予贅述。
請參閱圖5所示，是本發(fā)明的磁性電容的另一示意圖。承前所述，在本實施例中，是利用半導體制造工藝在一硅基板上制作多數(shù)個小尺寸的磁性電容3’，并借由適當?shù)慕饘倩圃旃に?，在該多?shù)個小尺寸的磁性電容3’間形成電連接，從而構成一個包含有多個小尺寸的磁性電容3’的磁性電容組3，再以磁性電容組3作為能量儲存裝置或外部裝置的電力供應來源。在本實施例中，磁性電容組3內的多數(shù)個小尺寸的磁性電容3’是以類似陣列的方式電連接，然而本發(fā)明并不限于此，而可根據(jù)不同的電壓或電容值需求，進行適當?shù)拇?lián)或并聯(lián)，以滿足各種不同裝置的電力供應需求。
請再參閱圖1所示，本實施例的電阻電路4包括一電壓頻率轉換器41及一切換電容電路42。電壓頻率轉換器41可為一壓控振蕩器(VoltageControl Oscillator，VCO)，配合參閱圖6，圖6為電壓頻率轉換器41的輸入電壓與輸出信號頻率的關系圖。電壓頻率轉換器41輸出信號的頻率會隨著其輸入的電壓增加而降低。此外，電壓頻率轉換器41會耦接于磁性電容3并偵測磁性電容3所輸出的電壓V，且將其電壓V對應轉換成一個脈波信號輸出至切換電容電路42。就一般而言，磁性電容3的電壓V會隨著使用時間漸漸衰減，也就是說，電壓頻率轉換器41所輸出的脈波信號的頻率將會越來越快。
再者，切換電容電路42會具有一電容43及一耦接電壓頻率轉換器41與電容43的切換器44，切換器44會受電壓頻率轉換器41所輸出的脈波信號控制，使電容43交替地與磁性電容3或負載2相耦接。當電容43耦接于磁性電容3時，電容43為充電狀態(tài)，于是磁性電容3所輸出的電壓V會對電容43充電，使其累積的電荷量為Q1＝CV，其中C為電容43的容值。而當切換器44切換電容43與負載2相連接時，電容43為放電狀態(tài)，因此電容43所累積的電荷量降為Q2＝CVL，所以在脈波信號的一周期內的平均電流為 因此，切換電容電路42通過切換器44的切換，可等效出的電阻值Req為 由上式可知，切換電容電路42的等效電阻值Req會與切換器44的切換頻率成反比，也就是說，切換器44切換的頻率越快，切換電容電路42所等效出來的電阻值Req會越小。又，本實施例的電壓頻率轉換器41所輸出的信號的頻率會隨著磁性電容3輸出的電壓V增加而降低，也就是說，磁性電容3輸出的電壓V會與切換電容電路42的等效電阻值Req成正比，如此一來，當磁性電容3的電壓V隨著使用時間漸漸衰減時，切換電容電路42的電阻值Req也會隨之減少，又在一個固定的負載2下，本發(fā)明的定電流源電路1將會有一個固定的電流I輸出。
值得一提的是，本實施例的定電流源電路1還包含一電容5，當磁性電容3所儲存的電壓V隨著使用時間漸漸衰減時，會導致電壓頻率轉換器41輸出信號的頻率越來越高，使得切換器44在切換的瞬間會產(chǎn)生許多高頻的雜訊，而該電容5可以過濾這些高頻的雜訊，使定電流源電路1能有一個更穩(wěn)定的輸出電流I。
綜上所述，本發(fā)明的定電流源電路借由偵測一個磁性電容的電壓，并根據(jù)該電壓去控制定電流源電路輸出電流通過的電阻的阻值，使定電流源電路得以產(chǎn)生一個固定的輸出電流。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種定電流源電路，用以供電一負載，其特征在于該定電流源電路包含
一磁性電容，用于輸出一電力并具有一第一磁性電極、一第二磁性電極及位于其間的一介電層，該第一磁性電極與第二磁性電極是由具磁性的導電材料構成；以及
一電阻電路，耦接該磁性電容與該負載間，且該電阻電路的電阻值與該磁性電容和該負載間的電壓差成正比且隨該磁性電容的電壓遞減而遞減，以穩(wěn)定該電力的電流值。
2.如權利要求1所述的定電流源電路，其特征在于該電阻電路具有
一電壓頻率轉換器，耦接于該磁性電容并輸出一脈波信號，該脈波信號的頻率值隨該磁性電容的電壓值遞減而遞減；以及
一切換電容電路，耦接該電壓頻率轉換器以接收該脈波信號，并根據(jù)該脈波信號而被切換耦接于該磁性電容與該負載的其中之一。
3.如權利要求2所述的定電流源電路，其特征在于該切換電容電路具有一電容及一耦接該電壓頻率轉換器與該電容的切換器，該切換器根據(jù)該脈波信號使該電容交替地耦接于該磁性電容與該負載其中之一。
4.如權利要求3所述的定電流源電路，其特征在于該定電流源電路還包含一并聯(lián)該電阻電路的電容。
5.如權利要求4所述的定電流源電路，其特征在于該電壓頻率轉換器為一電壓控制振蕩器。
6.如權利要求5所述的定電流源電路，其特征在于該第一磁性電極具有一第一磁性層、一第二磁性層與一夾置于該第一磁性層與該第二磁性層間的隔離層，該隔離層由非磁性的導電材料所構成。
7.如權利要求6所述的定電流源電路，其特征在于該第一磁性層包含有多數(shù)個成第一方向排列的磁偶極，而該第二磁性層包含有多數(shù)個成第二方向排列的磁偶極，該第一方向與該第二方向相反。
8.如權利要求7所述的定電流源電路，其特征在于該第一磁性電極與第二磁性電極的材質為稀土元素，該介電層的材質為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導體材質。
9.如權利要求8所述的定電流源電路，其特征在于該半導體材質為氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種定電流源電路，用以供電一負載，該定電流源電路包含一磁性電容，用于輸出一電力并具有一第一磁性電極、一第二磁性電極及位于其間的一介電層，該第一磁性電極與第二磁性電極是由具磁性的導電材料構成；以及一電阻電路，耦接該磁性電容與該負載間，且該電阻電路的電阻值與該磁性電容和該負載間的電壓差成正比且隨該磁性電容的電壓遞減而遞減，以穩(wěn)定該電力的電流值。本發(fā)明的有益效果在于可以提供一個穩(wěn)定且固定的定電流。
文檔編號G05F1/46GK101751059SQ20081017899
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者周錦城 申請人:光寶科技股份有限公司