專利名稱：具有可變電壓輸出的供電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供電裝置，特別是涉及一種多電壓輸出的具有可變電壓輸出的供
電裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今儲能元件廣泛運(yùn)用于家電設(shè)備、手持式裝置(例如行動電話(Mobile Phone)、掌上電腦(PDA)等)及交通工具等產(chǎn)品，以滿足人們對獨(dú)立能源系統(tǒng)的需求。現(xiàn)今 應(yīng)用上大都利用電池、電容或超級電容(Superc即acitor)作為能量儲存的元件。
電容雖然在工藝(即制程，本文均稱為工藝)上較為簡單，但因其儲存容量小，只 能當(dāng)做短暫儲能使用。而傳統(tǒng)電池，主要是利用化學(xué)能的方式來進(jìn)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(yīng)用于各種電力供應(yīng)裝置，但是，缺點(diǎn)是其所能產(chǎn)生的 瞬間電力輸出會受限于化學(xué)反應(yīng)速率，而無法快速的充放電或進(jìn)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(biāo)榜著可重復(fù)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(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，化學(xué)物質(zhì)要常保其活性，才不 至于失效變質(zhì)，當(dāng)原來的化合物活性都作用完或?qū)⒔猛陼r，便無法再進(jìn)行新的化學(xué)反應(yīng)， 進(jìn)而導(dǎo)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 C即acitor)，因同時通過部分物理儲能、部分化學(xué)儲能架構(gòu)，所以其具有比 普通電容更大的容量，但其缺點(diǎn)是因有化學(xué)材料而具化學(xué)特性，而易有如電池的漏電缺 點(diǎn)，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(dá)到有效蓄電功能。甚至，超級電容的耐壓度不高，內(nèi)阻較大，因而不可以用于交 流電路，且如果使用不當(dāng)會造成電解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象。 現(xiàn)有儲能元件的技術(shù)，皆無法同時達(dá)到壽命長(高充放電次數(shù))、高能量儲存密度、
瞬間高功率的輸出、快速充放電等優(yōu)點(diǎn)。另外，現(xiàn)今的供電裝置是應(yīng)用上述這些儲能元件來當(dāng)
作主要的供電來源，通常借由一個可輸入直流電壓的電壓轉(zhuǎn)換器來轉(zhuǎn)換不同的供應(yīng)電壓，以
供應(yīng)電子裝置中不同的內(nèi)部元件使用。而本案是提出另一種具有多電壓輸出的供電裝置，利
用多數(shù)個可以滿足上述優(yōu)點(diǎn)的儲能元件的串或并聯(lián)，仍可達(dá)到多電壓輸出的功效。 由此可見，上述現(xiàn)有的供電裝置在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟
待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，
但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問
題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型的具有可變電壓輸出的
供電裝置，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在提供一種可提供不同電壓的供應(yīng)電力的具有可變電壓輸出的
5供電裝置。 本發(fā)明的另一目的，即在提供一種可提供多數(shù)個供應(yīng)電力的具有可變電壓輸出的 供電裝置，每一個供應(yīng)電力的電壓依需要而相同或不同。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出
的一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出一供應(yīng)電力；該供電裝置包含一磁性電容
陣列，用以儲存電能并輸出該供應(yīng)電力，其中具有多數(shù)個以一矩陣排列的磁性電容，且各該
磁性電容具有一第一端及一第二端，且在該矩陣的同一行中，所述磁性電容相互串聯(lián)，而在
該矩陣的同一列中，所述磁性電容的第一端相互連接；多數(shù)個旁路開關(guān)，每一個磁性電容的
第一端及第二端之間連接一個旁路開關(guān)；以及一控制模塊，耦接于該磁性電容陣列，該控制
模塊控制所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包括多數(shù)個受
該控制模塊(即模組，本文均稱為模塊)控制開啟或關(guān)閉的第一開關(guān)，在矩陣的每一列中，
兩相鄰磁性電容的第一端間連接一個第一開關(guān)，該控制模塊控制所述第一開關(guān)中至少一部
分開啟將該磁性電容陣列區(qū)隔成多組磁性電容組，且每一磁性電容組具有至少一行的磁性電容。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包括多數(shù)個受 該控制模塊控制開啟或關(guān)閉的第二開關(guān)，每一個磁性電容與和該磁性電容連接的旁路開關(guān) 間連接一個第二開關(guān)，且該第二開關(guān)與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的旁路開關(guān)并 聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關(guān)與第二開關(guān)中的一者開啟與另一者關(guān) 閉。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該控制模塊包括一控制單元 及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制所述旁路開關(guān) 的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包含一耦接于 該磁性電容陣列的輸出模塊，用以將該磁性電容陣列所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸出。
較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包含一耦接于 該磁性電容陣列的輸入模塊，并接收一外部電源，該輸入模塊會將該外部電源轉(zhuǎn)換成所述 磁性電容可接收的電壓以供所述磁性電容充電用。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中所述磁性電容更具有一第一 磁性電極、一第二磁性電極以及位于其間的一介電層，其中該第一磁性電極與第二磁性電 極是由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該第一磁性電極與該第二磁 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該第一磁性層與該第二 磁性層間且可導(dǎo)電的非磁性材質(zhì)的隔離層，該第一磁性層的磁耦極方向相反于該第二磁性 層的磁耦極方向。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該第一磁性電極與第二磁性
電極的材質(zhì)為稀土元素，該介電層的材質(zhì)為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導(dǎo)體材質(zhì)。 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的
6一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應(yīng)電力；包括多數(shù)個磁性電容單元， 每一個磁性電容單元皆包括一個具有一第一端及一第二端且用以儲存電能的磁性電容，及 一個與該磁性電容第一端與第二端連接的旁路開關(guān)，且所述磁性電容單元相互串聯(lián)組成至 少一組磁性電容組；以及一控制模塊，耦接于所述磁性電容組，該控制模塊控制所述旁路開 關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中所述磁性電容單元相互串聯(lián)
組成多數(shù)組磁性電容組，且該供電裝置更包含多數(shù)個第一開關(guān)，第一個兩相鄰磁性電容組
中兩相鄰磁性電容的第一端分別連接一個第一開關(guān)，該控制模塊控制所述第一開關(guān)的關(guān)閉
可將所述磁性電容組并聯(lián)輸出。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中每一磁性電容單元更包括一 個第二開關(guān)，該第二開關(guān)連接于該旁路開關(guān)與該磁性電容之間，且該第二開關(guān)與該磁性電 容串聯(lián)并與該旁路開關(guān)并聯(lián)。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該控制模塊包括一控制單元 及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制所述旁路開關(guān) 的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包含一耦接于 該磁性電容陣列的輸出模塊，用以將該磁性電容陣列所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸出，且根 據(jù)控制單元決定以單電壓及多電壓其中之一的方式輸出。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該供電裝置還包含一耦接于 該磁性電容陣列的輸入模塊，并接收一外部電源，該輸入模塊會將該外部電源轉(zhuǎn)換成所述 磁性電容可接收的電壓以供所述磁性電容充電用。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中所述磁性電容更具有一第一
磁性電極、一第二磁性電極以及位于其間的一介電層，其中該第一磁性電極與第二磁性電
極是由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，該第一磁性電極包含有多個成第一方向排列的磁偶極，而
該第二磁性層包含有多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。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該第一磁性電極與該第二磁
性電極中的至少之一具有一第一磁性層、一第二磁性層與一夾置于該第一磁性層與該第二
磁性層間且非磁性材質(zhì)的隔離層，該第一磁性層的磁耦極方向相反于該第二磁性層的磁耦
極方向。 較佳地，前述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其中該第一磁性電極與第二磁性
電極的材質(zhì)為稀土元素，該介電層的材質(zhì)為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導(dǎo)體材質(zhì)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上可知，為達(dá)到上述目
的，本發(fā)明提供了一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應(yīng)電力，并包含多數(shù)
個磁性電容單元及一控制模塊，其中，每一個磁性電容單元包括一個具有一第一端及一第
二端且用以儲存電能的磁性電容，及一個與該磁性電容第一端與第二端連接的旁路開關(guān)，
而控制模塊則是耦接于每一磁性電容組，且控制每一個旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉決定各個磁
性電容的所儲存的電力輸出與否。 較佳地，多數(shù)個磁性電容單元相互串聯(lián)組成一組或多組磁性電容組，且控制模塊可控制每一磁性電容組中的旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉，來改變該組輸出的供應(yīng)電力的電壓 值。 此外，供電裝置更包含一輸入模塊及一輸出模塊，其中，輸入模塊會接收一外部電 源，并將該外部電源轉(zhuǎn)換成磁性電容可接受的電壓后，再對磁性電容進(jìn)行充電。輸出模塊耦 接于每一磁性電容組，并將每一磁性電容組所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸出，且會配合磁性 電容組的數(shù)量決定是以單電壓還是以多電壓的方式輸出。 本發(fā)明的磁性電容更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，其中第一磁性電極與第二磁性電極是由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)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之一具有一第一磁性層、
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(zhì)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(zhì)為稀土元素，而介電層的
材質(zhì)為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導(dǎo)體材質(zhì)。 借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有可變電壓輸出的供電裝置至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有 益效果本發(fā)明可以同時提供多組的供應(yīng)電力且每一的供應(yīng)電力皆可被改變其輸出的電壓 值，以達(dá)到提供多組可變電壓的功效。 綜上所述，本發(fā)明一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應(yīng)電力，并
包含多數(shù)個磁性電容單元及一控制模塊，其中，每一個磁性電容單元皆包括一個具有一第
一端及一第二端且用以儲存電能的磁性電容，及一個與該磁性電容第一端與第二端連接的
旁路開關(guān)，且所述磁性電容單元相互串聯(lián)組成至少一組磁性電容組。而控制模塊則耦接于
所述磁性電容組，且控制所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。借由所
述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉控制所述磁性電容的短路與否，來改變其輸出的電壓。本發(fā)明在
技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，
而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠
更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是本發(fā)明具有可變電壓輸出的供電裝置的較佳實(shí)施例的電路示意圖。
圖2是本發(fā)明的供電裝置具有三組磁性電容組的元件關(guān)系的電路示意圖。
圖3是圖2中三組磁性電容組可輸出兩組供應(yīng)電力，其中一組供應(yīng)電力是利用兩 組磁性電容組并聯(lián)輸出的等效電路圖。 圖4是圖2中三組磁性電容組可輸出兩組供應(yīng)電力，其中一組供應(yīng)電力是利用兩
組磁性電容組中兩兩磁性電容相互并聯(lián)再串聯(lián)輸出的等效電路圖。 圖5是圖2中三組磁性電容組的三種供應(yīng)電力的電路示意圖。 圖6是本實(shí)施例的輸入模塊的元件關(guān)系的電路示意圖。 圖7是本實(shí)施例的輸出模塊的元件關(guān)系的電路示意圖。 圖8是本發(fā)明的磁性電容與其他現(xiàn)有能量儲存媒介的比較示意圖。 圖9是本發(fā)明的磁性電容的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖10是本發(fā)明的磁性電容的第一磁性電極另一種的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的具有可變電壓輸出的供電裝置其具體實(shí)施方式
、 結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。 有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳實(shí) 施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實(shí)施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目 的所采取的技術(shù)手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說 明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。 請參閱圖1所示，為本發(fā)明具有可變電壓輸出的供電裝置的較佳實(shí)施例，該供電 裝置l可應(yīng)用于各種電子裝置，例如筆記型電腦(notebook)、手機(jī)等等，主要是提供電子裝 置的供應(yīng)電力，并包含多數(shù)個磁性電容單元2及一個控制模塊3，每一個磁性電容單元2都 包括一個具有一第一端211及一第二端212且用以儲存電能的磁性電容21，及一個與該磁 性電容第一端211與第二端212連接的旁路開關(guān)22，而控制模塊3會控制每一個磁性電容 單元2中的旁路開關(guān)22的開啟或關(guān)閉來決定該磁性電容21中的電壓輸出與否。
在本實(shí)施例中，多數(shù)個磁性電容單元2會相互串聯(lián)組成多數(shù)組磁性電容組20，且 每一磁性電容組20皆可輸出一個供應(yīng)電力，而控制模塊3會耦接于每一磁性電容組20，并 控制其中的旁路開關(guān)22的開啟或關(guān)閉來改變該磁性電容組20供應(yīng)電力的電壓值。配合 參閱圖2所示，以圖2中的三組并列的磁性電容組20來說明，每一組都分別具有三個彼此 相互串聯(lián)的磁性電容單元2。為方便描述，設(shè)定由左而右的第一行的磁性電容組20為第一 磁性電容組20、第二行的磁性電容組20為第二磁性電容組、第三行的磁性電容組20為第 三磁性電容組，且每一個磁性電容單元2以一個坐標(biāo)位置表示，例如第一列第一行的磁性 電容單元2的坐標(biāo)位置為(Rowl， Coll)。此外，坐標(biāo)位置為(Row3， Coll) 、 (Row3， Co12)及 (Row3， Co13)的磁性電容單元2中的磁性電容21的第二端212皆與地連接。
換句話說，供電裝置l最多可以輸出三組的供應(yīng)電力，且每一組都可以借由旁路 開關(guān)22的開啟或關(guān)閉來改變其輸出供應(yīng)電力的電壓值。此外，為了能夠有效的隔離每一磁 性電容組20，本實(shí)施例的供電裝置1更包含多數(shù)個第一開關(guān)4，在兩相鄰磁性電容組20的 每一個磁性電容21的第一端211之間皆連接一個第一開關(guān)4，而控制模塊3可控制這些第 一開關(guān)4的開啟或關(guān)閉，可以使各個磁性電容組20之間相互隔離或并聯(lián)。當(dāng)然，也可以只 有在兩相鄰磁性電容組20中第一列(Rowl)的磁性電容21之間連接一個第一開關(guān)4，也可 達(dá)到兩相鄰磁性電容組20相互并聯(lián)，所以不以本實(shí)施例為限。 若控制模塊3將所有的第一開關(guān)4開啟(open/off)，而每一磁性電容組20中有一 個或多個旁路開關(guān)22關(guān)閉(close/on)，則供電裝置l可有三組可輸出供應(yīng)電力的磁性電容 組20，且每一磁性電容組20彼此相互不干擾。 如圖3所示，舉例來說，若控制模塊3將每一旁路開關(guān)22開啟，而坐標(biāo)位置為 (Rowl， Coll)及坐標(biāo)位置為(Rowl， Co12)的磁性電容單元2之間的第一開關(guān)4關(guān)閉，而其 余所有第一開關(guān)4開啟時，供電裝置1則可有兩組可輸出的供應(yīng)電力，其中，有一組是由第 一磁性電容組20(Co11)及第二磁性電容組20(Co12)并聯(lián)輸出。當(dāng)然，第一開關(guān)4開啟或關(guān)閉皆是由控制模塊3所控制，其所對應(yīng)磁性電容組20的連接關(guān)系，并不以上述為限，例如 圖4所示，若將第一磁性電容組20(Co11)及第二磁性電容組20(Co12)之間的三個第一開 關(guān)4關(guān)閉，即可達(dá)到兩組中的磁性電容21兩兩相互并聯(lián)后再串聯(lián)輸出的態(tài)樣。
請參閱圖1所示，當(dāng)控制模塊3控制磁性電容單元2中的旁路開關(guān)22關(guān)閉時，表 示該磁性電容21會被短路，即該磁性電容21將不會輸出電力。因此，為了確保被短路的磁 性電容21不會影響磁性電容組20所輸出的供應(yīng)電力，所以本實(shí)施例的供電裝置1還包含 多數(shù)個由控制模塊3所控制的第二開關(guān)23，分別串聯(lián)在每一個磁性電容單元2中磁性電容 21與旁路開關(guān)22之間，在本實(shí)施例中，第二開關(guān)23是串聯(lián)在磁性電容21的第二端212與 旁路開關(guān)22之間，當(dāng)然也可以是串聯(lián)在磁性電容21的第一端211與旁路開關(guān)22之間，所 以不以本實(shí)施例為限。再者，以單一個磁性電容單元2來說，當(dāng)控制模塊3控制旁路開關(guān)22 關(guān)閉時，也會將第二開關(guān)23開啟，使得磁性電容21的一端會呈現(xiàn)浮接(floating)狀態(tài)，以 至于電流只能從旁路開關(guān)22流過；相反地，當(dāng)控制模塊3控制旁路開關(guān)22開啟時，會將第 二開關(guān)23關(guān)閉，使得電流會從磁性電容21流過，也就是說，每一個磁性電容單元2中，旁路 開關(guān)22與第二開關(guān)23不會有同時關(guān)閉或開啟的情形。 此外，本實(shí)施例的控制模塊3具有一控制單元31及一耦接于控制單元31的開關(guān) 選擇器32，其中，控制單元31會控制所有的旁路開關(guān)22、第一開關(guān)4及第二開關(guān)23的開啟 或關(guān)閉，以決定供電裝置1會有多少組可輸出供應(yīng)電力的磁性電容組20，且調(diào)整每一磁性 電容組20所輸出的供電電力的電壓值，并在決定后，控制單元31會驅(qū)使開關(guān)選擇器32發(fā) 出對應(yīng)這些被選擇的旁路開關(guān)22、第一開關(guān)4及第二開關(guān)23的驅(qū)動電壓。
請參閱圖5所示，假設(shè)每一個磁性電容21中皆儲存IV的電壓，且所有的第一開關(guān) 4皆開啟，由上述可知，供電裝置1可輸出三組的供應(yīng)電力。以第一磁性電容組(Co11)20 而言，控制單元31將坐標(biāo)位置為(Row2， Coll)的磁性電容單元2中的旁路開關(guān)22關(guān)閉與 第二開關(guān)23開啟，并將其余的旁路開關(guān)22開啟，將各個第二開關(guān)23對應(yīng)地開啟或關(guān)閉，如 此一來，供電裝置1的第一磁性電容組(Coll)20供應(yīng)電力的電壓為2V，其中是由坐標(biāo)位置 為(Rowl， Coll)及(Rowl， Co13)的磁性電容單元2相互串聯(lián)所得；同樣地，若控制單元31 將第二磁性電容組(Co12) 20中所有的旁路開關(guān)22開啟，且將所有第二開關(guān)23關(guān)閉，第二 磁性電容組(Co11)20的供應(yīng)電壓為3V ;而第三磁性電容組(Co13)20的供應(yīng)電力的電壓是 1V，其中是由坐標(biāo)位置為(Row3，Co13)的磁性電容單元2所輸出，其余磁性電容單元2中的 磁性電容21皆不輸出電壓。 請參閱圖1 、圖6及圖7所示，在本實(shí)施例中，供電裝置1更包含一耦接于每一磁性 電容組20的輸入模塊5及輸出模塊6，其中，輸入模塊5會接收一外部電源，且將外部電源 轉(zhuǎn)換成各個磁性電容21可接收的電壓，并對每一個欲使用的磁性電容21進(jìn)行充電，而該外 部電源可以來自于一個電池所供應(yīng)的電力，也可以是從外部所供應(yīng)的直流電壓。此外，輸入 模塊5中具有一保護(hù)電路51及一電壓轉(zhuǎn)換電路52，其中，保護(hù)電路51是包含一與外部電源 連接的保險(xiǎn)絲511及一保護(hù)器512、一串接在外部電源的負(fù)極端(地端)并受保護(hù)器512控 制的開關(guān)513，以及一連接在保護(hù)器512與外部電源的負(fù)極端(地端)之間的電阻514。其 中保險(xiǎn)絲511在外部電源充電過程中流經(jīng)電流過大時會過熱燒斷；電阻514偵測外部電源 的輸出(充電)電流并送給保護(hù)器512，使保護(hù)器512發(fā)現(xiàn)輸入電流突然變大時可以立即切 斷開關(guān)513，使外部電源停止供電以保護(hù)內(nèi)部磁性電容21不致因輸入電流過大而燒毀。而
10電壓轉(zhuǎn)換電路52則是用于將外部電源升壓或降壓成各個磁性電容21可接收的電壓。
輸出模塊6是用以將每一磁性電容組20所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸出，且根據(jù)控 制單元31決定以單電壓或多電壓的方式輸出，也就是說，輸出模塊6所輸出電壓的數(shù)量會 對應(yīng)磁性電容組20的數(shù)量，例如有三組可供應(yīng)電力的磁性電容組20，輸出模塊6則會切換 成多電壓輸出的方式，將三組供應(yīng)電力同時輸出。此外，輸出模塊6中具有對應(yīng)每一組供應(yīng) 電力的一保護(hù)電路61及一直流/直流轉(zhuǎn)換器(DC-to-DC Converter) 62，其中，輸出模塊6 的保護(hù)電路61是包含一與磁性電容組20的輸出端連接的保險(xiǎn)絲611及一保護(hù)器612、一串 接在磁性電容組20的負(fù)極端(地端)并受保護(hù)器612控制的開關(guān)613，以及一連接在保護(hù) 器612與磁性電容組20的負(fù)極端(地端)之間的電阻614。其中保險(xiǎn)絲611在磁性電容 組20放電過程中流經(jīng)電流過大時會過熱燒斷，以保護(hù)磁性電容組20 ;電阻614偵測磁性電 容組20的輸出(放電)電流并送給保護(hù)器612，使保護(hù)器612發(fā)現(xiàn)輸出電流突然變大時可 以立即切斷開關(guān)613，使磁性電容組20停止供電以保護(hù)磁性電容組20不致因輸出電流過大 而燒毀。而直流/直流轉(zhuǎn)換器62則用以將每一磁性電容組20所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸 出。 值得一提的是，由于通過第一開關(guān)4可使每一磁性電容組20相互分離而不會彼此 干擾，所以在本實(shí)施例的供電裝置1中會同時有幾組的磁性電容組20在輸出供應(yīng)電力，且 有另幾組的磁性電容組20則是利用輸入模塊5所收到一個來自于外部的直流電力來進(jìn)行 充電，當(dāng)輸出供應(yīng)電力的磁性電容組20中的磁性電容21電力不足時，則控制模塊3會切換 成利用原先在充電的那幾組磁性電容組20輸出，如此一來，供電裝置1可輸出持續(xù)且穩(wěn)定 的供應(yīng)電力。當(dāng)然，也可以使用兩組本發(fā)明的供電裝置l，其中一組的供電裝置1中所有磁 性電容組20全部輸出供應(yīng)電力，同時，另一組中的所有磁性電容組20全部進(jìn)行充電，如此 通過兩組供電裝置1相互切換，也可達(dá)到輸出持續(xù)且穩(wěn)定的供應(yīng)電力的功效，所以不以本 實(shí)施例為限。 除了以上供電裝置1之外，本發(fā)明的另一特征在于使用磁性電容21作為能量儲存 裝置以及電力來源。值得注意的是，相較于一般電容，磁性電容21可借由于上電極、下電極 處形成的磁場，來抑制漏電流，并大幅提升能量儲存密度，所以可作為一極佳的能量儲存裝 置或電力供應(yīng)來源。 請參閱圖8所示，圖8為本實(shí)施例的磁性電容21與其他現(xiàn)有能量儲存媒介的比較 示意圖。如圖8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(xué)能的方式來進(jìn)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(yīng)用于各 種電力供應(yīng)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(xué)反應(yīng)速率，而無 法快速的充放電或進(jìn)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21中儲存的能量全部是以電位能的方式進(jìn)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))、無記憶效應(yīng)、可進(jìn)行高功率輸出、快速充放電等特點(diǎn)，所以 可有效解決當(dāng)前電池所遇到的各種問題。 請參閱圖9所示，圖9為本發(fā)明的磁性電容21的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，磁 性電容21是包含有一第一磁性電極110、一第二磁性電極120，以及位于兩者間的一介電 層130。第一磁性電極110與第二磁性電極120是由具磁性的導(dǎo)電材料所構(gòu)成，并借由
11適當(dāng)?shù)耐饧与妶鲞M(jìn)行磁化，使第一磁性電極110與第二磁性電極120內(nèi)分別形成磁偶極 (mageneticdipole) 115與125，以于磁性電容21內(nèi)部構(gòu)成一磁場，對帶電粒子的移動造成 影響，從而抑制磁性電容21的漏電流。 所需要特別強(qiáng)調(diào)的是，圖9中的磁偶極115與125的箭頭方向僅為一示意圖。對 熟習(xí)該項(xiàng)技藝者而言，應(yīng)可了解到磁偶極115與125實(shí)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，以于 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(shí)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(dǎo)電材質(zhì)，例如稀土元素，介電層130 是由氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或一半導(dǎo)體層，例如氧化硅(silicon oxide)所構(gòu) 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(dāng)?shù)钠渌牧稀?比喻說明本發(fā)明磁性電容21的操作原理如下。物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn) 象，稱為"磁阻效應(yīng)"，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(zhì)的 電阻率在磁場中僅產(chǎn)生輕微的減??；在某種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性 金屬與合金材料的磁電阻值高出IO倍以上，而能夠產(chǎn)生很龐大的磁阻效應(yīng)。若是進(jìn)一步結(jié) 合麥克斯韋-瓦格納(Maxwell-Wagner)電路模型，磁性顆粒復(fù)合介質(zhì)中也可能會產(chǎn)生很龐 大的磁電容效應(yīng)。 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)e。、及厚度d決 定，如下式。然而在本發(fā)明中，磁性電容21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(nèi)部儲存的電子朝同一自旋方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)行整齊的 排列，所以可在同樣條件下，容納更多的電荷，進(jìn)而增加能量的儲存密度。類比于現(xiàn)有電容， 磁性電容21的運(yùn)作原理相當(dāng)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。 G = ~ 此外，在本實(shí)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(jìn)一步提升磁性電容21的電容值C。 請閱圖IO所示，圖10為本發(fā)明的磁性電容21的第一磁性電極110另一種的結(jié)構(gòu) 示意圖。如圖10所示，第一磁性電極110為一多層結(jié)構(gòu)，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(dǎo)電材料所構(gòu)成，而第一磁性 層112與第二磁性層116則包含有具磁性的導(dǎo)電材料，并在磁化時，借由適當(dāng)?shù)耐饧与妶龌?磁場，使得第一磁性層112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)明的一較佳實(shí)施例中，磁偶極113與117的方向?yàn)榉聪颍苓M(jìn)一步抑制磁性電 容21的漏電流。 此外，需要強(qiáng)調(diào)的是，第一磁性電極110的結(jié)構(gòu)并不限于前述的三層結(jié)構(gòu)，而可以 類似的方式，以多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆疊，再借由各磁性層內(nèi)磁偶極方向的調(diào) 整來進(jìn)一步抑制磁性電容21的漏電流。同樣地，第二磁性電極120內(nèi)也可設(shè)有相似的結(jié)構(gòu)，以降低磁性電容21之漏電流，甚至達(dá)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(xué)能的方式進(jìn)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21是以電位能的方式
進(jìn)行儲存，且因所使用的材料可適用于半導(dǎo)體工藝，所以可借由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體工藝來形成
磁性電容21以及周邊電路連接，進(jìn)而縮小磁性電容21的體積與重量，由于此制作方法可使
用一般半導(dǎo)體工藝，其應(yīng)為熟習(xí)該項(xiàng)技藝者所熟知，所以在此不予贅述。 綜上所述，本發(fā)明的具有可變電壓輸出的供電裝置借由開關(guān)的切換來改變輸出電
應(yīng)電力的電壓值，可達(dá)到提供多數(shù)個供應(yīng)電力的具有可變電壓輸出的供電裝置，且每一個
供應(yīng)電力的電壓依需要而相同或不同，另外，本發(fā)明的磁性電容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，所以也可有效解決當(dāng)前電池
所遇到的各種問題。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)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(shí)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(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾 為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì) 對以上實(shí)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(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出一供應(yīng)電力；其特征在于該供電裝置包含一磁性電容陣列，用以儲存電能并輸出該供應(yīng)電力，其中具有多數(shù)個以一矩陣排列的磁性電容，且各該磁性電容具有一第一端及一第二端，且在該矩陣的同一行中，所述磁性電容相互串聯(lián)，而在該矩陣的同一列中，所述磁性電容的第一端相互連接；多數(shù)個旁路開關(guān)，每一個磁性電容的第一端及第二端之間連接一個旁路開關(guān)；以及一控制模塊，耦接于該磁性電容陣列，該控制模塊控制所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包 括多數(shù)個受該控制模塊控制開啟或關(guān)閉的第一開關(guān)，在矩陣的每一列中，兩相鄰磁性電容 的第一端間連接一個第一開關(guān)，該控制模塊控制所述第一開關(guān)中至少一部分開啟將該磁性 電容陣列區(qū)隔成多組磁性電容組，且每一磁性電容組< 具有至少一行的磁性電容。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包 括多數(shù)個受該控制模塊控制開啟或關(guān)閉的第二開關(guān)，每一個磁性電容與和該磁性電容連接 的旁路開關(guān)間連接一個第二開關(guān)，且該第二開關(guān)與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的 旁路開關(guān)并聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關(guān)與第二開關(guān)中的一者開啟 與另一者關(guān)閉。
4. 如權(quán)利要求2所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包 括多數(shù)個受該控制模塊控制開啟或關(guān)閉的第二開關(guān)，每一個磁性電容與和 >該磁性電容連接 的旁路開關(guān)間連接一個第二開關(guān)，且該第二開關(guān)與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的 旁路開關(guān)并聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關(guān)與第二開關(guān)中的一者開啟 與另一者關(guān)閉。
5. 如權(quán)利要求1所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該控制模塊包括 一控制單元及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制所 述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
6. 如權(quán)利要求4所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該控制模塊包括 一控制單元及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制所 述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
7. 如權(quán)利要求6所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包含一耦接于該磁性電容陣列的輸出模塊，用以將該磁性電容陣列所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后 輸出。
8. 如權(quán)利要求7所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包 含一耦接于該磁性電容陣列的輸入模塊，并接收一外部電源，該輸入模塊會將該外部電源 轉(zhuǎn)換成所述磁性電容可接收的電壓以供所述磁性電容充電用。
9. 如權(quán)利要求1所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于所述磁性電容更 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，其中該第一磁性電極與 第二磁性電極是由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
10. 如權(quán)利要求9所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該第一磁性電極 與該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該第一磁性層與該第二磁性層間且可導(dǎo)電的非磁性材質(zhì)的隔離層，該第一磁性層的磁耦極方向相反于 該第二磁性層的磁耦極方向。
11. 如權(quán)利要求IO所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該第一磁性電 極與第二磁性電極的材質(zhì)為稀土元素，該介電層的材質(zhì)為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導(dǎo)體材 質(zhì)。
12. —種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應(yīng)電力；其特征在于 多數(shù)個磁性電容單元，每一個磁性電容單元皆包括一個具有一第一端及一第二端且用以儲存電能的磁性電容，及一個與該磁性電容第一端與第二端連接的旁路開關(guān)，且所述磁 性電容單元相互串聯(lián)組成至少一組磁性電容組；以及一控制模塊，耦接于所述磁性電容組，該控制模塊控制所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以 改變該供應(yīng)電力的電壓值。
13. 如權(quán)利要求12所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于所述磁性電容 單元相互串聯(lián)組成多數(shù)組磁性電容組，且該供電裝置更包含多數(shù)個第一開關(guān)，第一個兩相 鄰磁性電容組中兩相鄰磁性電容的第一端分別連接一個第一開關(guān)，該控制模塊控制所述第 一開關(guān)的關(guān)閉可將所述磁性電容組并聯(lián)輸出。
14. 如權(quán)利要求13所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于每一磁性電容 單元更包括一個第二開關(guān)，該第二開關(guān)連接于該旁路開關(guān)與該磁性電容之間，且該第二開 關(guān)與該磁性電容串聯(lián)并與該旁路開關(guān)并聯(lián)。
15. 如權(quán)利要求12所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該控制模塊包 括一控制單元及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制 所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
16. 如權(quán)利要求14所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該控制模塊包 括一控制單元及一耦接于該控制單元的開關(guān)選擇器，該控制單元會驅(qū)使該開關(guān)選擇器控制 所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。
17. 如權(quán)利要求16所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還包含一耦接于該磁性電容陣列的輸出模i央，用以將該磁性電容陣列所輸出的供應(yīng)電力穩(wěn)壓后輸出，且根據(jù)控制單元決定以單電壓及多電壓其中之一的方式輸出。
18. 如權(quán)利要求17所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該供電裝置還 包含一耦接于該磁性電容陣列的輸入模塊，并接收一外部電源，該輸入模塊會將該外部電 源轉(zhuǎn)換成所述磁性電容可接收的電壓以供所述磁性電容充電用。
19. 如權(quán)利要求12所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于所述磁性電容更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，其中該第一磁性電極 與第二磁性電極是由具磁性的導(dǎo)電材料構(gòu)成，該第一磁性電極包含有多個成第一方向排列 的磁偶極，而該第二磁性層包含有多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。
20. 如權(quán)利要求19所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該第一磁性電極與該第二磁性電極中的至少之一具有一第一磁性層、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且非磁性材質(zhì)的隔離層，該第一磁性層的磁耦極方向相反于該第二 磁性層的磁耦極方向。
21.如權(quán)利要求20所述的具有可變電壓輸出的供電裝置，其特征在于該第一磁性電 極與第二磁性電極的材質(zhì)為稀土元素，該介電層的材質(zhì)為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導(dǎo)體材 質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應(yīng)電力，并包含多數(shù)個磁性電容單元及一控制模塊，其中，每一個磁性電容單元皆包括一個具有一第一端及一第二端且用以儲存電能的磁性電容，及一個與該磁性電容第一端與第二端連接的旁路開關(guān)，且所述磁性電容單元相互串聯(lián)組成至少一組磁性電容組。而控制模塊則耦接于所述磁性電容組，且控制所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉以改變該供應(yīng)電力的電壓值。借由所述旁路開關(guān)的開啟或關(guān)閉控制所述磁性電容的短路與否，來改變其輸出的電壓。
文檔編號H02J15/00GK101752910SQ20081017899
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者周錦城, 鄭青峰 申請人:光寶科技股份有限公司