專利名稱：具有可變電壓輸出的供電裝置的制作方法
技術領域：
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：
現(xiàn)今儲能元件廣泛運用于家電設備、手持式裝置(例如行動電話(Mobile Phone)、掌上電腦(PDA)等)及交通工具等產品，以滿足人們對獨立能源系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)今 應用上大都利用電池、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 C即acitor)，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。 現(xiàn)有儲能元件的技術，皆無法同時達到壽命長(高充放電次數)、高能量儲存密度、
瞬間高功率的輸出、快速充放電等優(yōu)點。另外，現(xiàn)今的供電裝置是應用上述這些儲能元件來當
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換器來轉換不同的供應電壓，以
供應電子裝置中不同的內部元件使用。而本案是提出另一種具有多電壓輸出的供電裝置，利
用多數個可以滿足上述優(yōu)點的儲能元件的串或并聯(lián)，仍可達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)設一種新型的具有可變電壓輸出的
供電裝置，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)明的目的是在提供一種可提供不同電壓的供應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個供應電力的具有可變電壓輸出的 供電裝置，每一個供應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問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。依據本發(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電力，其中具有多數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；多數個旁路開關，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；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的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。 本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(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個受
該控制模塊(即模組，本文均稱為模塊)控制開啟或關閉的第一開關，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，該控制模塊控制所述第一開關中至少一部
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個受 該控制模塊控制開啟或關閉的第二開關，每一個磁性電容與和該磁性電容連接的旁路開關 間連接一個第二開關，且該第二開關與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的旁路開關并 聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關與第二開關中的一者開啟與另一者關 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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制所述旁路開關 的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。 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 極是由具磁性的導電材料構成。 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 磁性層間且可導電的非磁性材質的隔離層，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。 本發(fā)明的目的及解決其技術問題還采用以下技術方案來實現(xiàn)。依據本發(fā)明提出的
6一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應電力；包括多數個磁性電容單元， 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，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 關的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(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)
組成多數組磁性電容組，且該供電裝置更包含多數個第一開關，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，該控制模塊控制所述第一開關的關閉
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，該第二開關連接于該旁路開關與該磁性電容之間，且該第二開關與該磁性電 容串聯(lián)并與該旁路開關并聯(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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制所述旁路開關 的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。 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電力穩(wěn)壓后輸出，且根 據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
極是由具磁性的導電材料構成，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。 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，可輸出至少一供應電力，并包含多數
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，
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的開啟或關閉決定各個磁
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的開啟或關閉，來改變該組輸出的供應電力的電壓 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，并將該外部電源轉換成磁性電容可接受的電壓后，再對磁性電容進行充電。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電力穩(wěn)壓后輸出，且會配合磁性 電容組的數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
材質為氧化鈦或氧化鋇鈦或一半導體材質。 借由上述技術方案，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)點及有 益效果本發(fā)明可以同時提供多組的供應電力且每一的供應電力皆可被改變其輸出的電壓 值，以達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，可輸出至少一供應電力，并
包含多數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，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的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。借由所
述旁路開關的開啟或關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是本發(fā)明具有可變電壓輸出的供電裝置的較佳實施例的電路示意圖。
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電力，其中一組供應電力是利用兩 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電力，其中一組供應電力是利用兩
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電力的電路示意圖。 圖6是本實施例的輸入模塊的元件關系的電路示意圖。 圖7是本實施例的輸出模塊的元件關系的電路示意圖。 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)明的磁性電容的結構示意圖。
圖10是本發(fā)明的磁性電容的第一磁性電極另一種的結構示意圖。
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，對依據本發(fā)明提出的具有可變電壓輸出的供電裝置其具體實施方式
、 結構、特征及其功效，詳細說明如后。 有關本發(fā)明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實施方式
的說明，當可對本發(fā)明為達成預定目 的所采取的技術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施例，該供電 裝置l可應用于各種電子裝置，例如筆記型電腦(notebook)、手機等等，主要是提供電子裝 置的供應電力，并包含多數個磁性電容單元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22的開啟或關閉來決定該磁性電容21中的電壓輸出與否。
在本實施例中，多數個磁性電容單元2會相互串聯(lián)組成多數組磁性電容組20，且 每一磁性電容組20皆可輸出一個供應電力，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22的開啟或關閉來改變該磁性電容組20供應電力的電壓值。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以一個坐標位置表示，例如第一列第一行的磁性 電容單元2的坐標位置為(Rowl， Coll)。此外，坐標位置為(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電力，且每一組都可以借由旁路 開關22的開啟或關閉來改變其輸出供應電力的電壓值。此外，為了能夠有效的隔離每一磁 性電容組20，本實施例的供電裝置1更包含多數個第一開關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4，而控制模塊3可控制這些第 一開關4的開啟或關閉，可以使各個磁性電容組20之間相互隔離或并聯(lián)。當然，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4，也可 達到兩相鄰磁性電容組20相互并聯(lián)，所以不以本實施例為限。 若控制模塊3將所有的第一開關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22關閉(close/on)，則供電裝置l可有三組可輸出供應電力的磁性電容 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22開啟，而坐標位置為 (Rowl， Coll)及坐標位置為(Rowl， Co12)的磁性電容單元2之間的第一開關4關閉，而其 余所有第一開關4開啟時，供電裝置1則可有兩組可輸出的供應電力，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。當然，第一開關4開啟或關閉皆是由控制模塊3所控制，其所對應磁性電容組20的連接關系，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4關閉，即可達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，當控制模塊3控制磁性電容單元2中的旁路開關22關閉時，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所輸出的供應電力，所以本實施例的供電裝置1還包含 多數個由控制模塊3所控制的第二開關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22之間，在本實施例中，第二開關23是串聯(lián)在磁性電容21的第二端212與 旁路開關22之間，當然也可以是串聯(lián)在磁性電容21的第一端211與旁路開關22之間，所 以不以本實施例為限。再者，以單一個磁性電容單元2來說，當控制模塊3控制旁路開關22 關閉時，也會將第二開關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22流過；相反地，當控制模塊3控制旁路開關22開啟時，會將第 二開關23關閉，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22與第二開關23不會有同時關閉或開啟的情形。 此外，本實施例的控制模塊3具有一控制單元31及一耦接于控制單元31的開關 選擇器32，其中，控制單元31會控制所有的旁路開關22、第一開關4及第二開關23的開啟 或關閉，以決定供電裝置1會有多少組可輸出供應電力的磁性電容組20，且調整每一磁性 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會驅使開關選擇器32發(fā) 出對應這些被選擇的旁路開關22、第一開關4及第二開關23的驅動電壓。
請參閱圖5所示，假設每一個磁性電容21中皆儲存IV的電壓，且所有的第一開關 4皆開啟，由上述可知，供電裝置1可輸出三組的供應電力。以第一磁性電容組(Co11)20 而言，控制單元31將坐標位置為(Row2， Coll)的磁性電容單元2中的旁路開關22關閉與 第二開關23開啟，并將其余的旁路開關22開啟，將各個第二開關23對應地開啟或關閉，如 此一來，供電裝置1的第一磁性電容組(Coll)20供應電力的電壓為2V，其中是由坐標位置 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22開啟，且將所有第二開關23關閉，第二 磁性電容組(Co11)20的供應電壓為3V ;而第三磁性電容組(Co13)20的供應電力的電壓是 1V，其中是由坐標位置為(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進行充電，而該外 部電源可以來自于一個電池所供應的電力，也可以是從外部所供應的直流電壓。此外，輸入 模塊5中具有一保護電路51及一電壓轉換電路52，其中，保護電路51是包含一與外部電源 連接的保險絲511及一保護器512、一串接在外部電源的負極端(地端)并受保護器512控 制的開關513，以及一連接在保護器512與外部電源的負極端(地端)之間的電阻514。其 中保險絲511在外部電源充電過程中流經電流過大時會過熱燒斷；電阻514偵測外部電源 的輸出(充電)電流并送給保護器512，使保護器512發(fā)現(xiàn)輸入電流突然變大時可以立即切 斷開關513，使外部電源停止供電以保護內部磁性電容21不致因輸入電流過大而燒毀。而
10電壓轉換電路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所輸出的供應電力穩(wěn)壓后輸出，且根據控 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所輸出電壓的數量會 對應磁性電容組20的數量，例如有三組可供應電力的磁性電容組20，輸出模塊6則會切換 成多電壓輸出的方式，將三組供應電力同時輸出。此外，輸出模塊6中具有對應每一組供應 電力的一保護電路61及一直流/直流轉換器(DC-to-DC Converter) 62，其中，輸出模塊6 的保護電路61是包含一與磁性電容組20的輸出端連接的保險絲611及一保護器612、一串 接在磁性電容組20的負極端(地端)并受保護器612控制的開關613，以及一連接在保護 器612與磁性電容組20的負極端(地端)之間的電阻614。其中保險絲611在磁性電容 組20放電過程中流經電流過大時會過熱燒斷，以保護磁性電容組20 ;電阻614偵測磁性電 容組20的輸出(放電)電流并送給保護器612，使保護器612發(fā)現(xiàn)輸出電流突然變大時可 以立即切斷開關613，使磁性電容組20停止供電以保護磁性電容組20不致因輸出電流過大 而燒毀。而直流/直流轉換器62則用以將每一磁性電容組20所輸出的供應電力穩(wěn)壓后輸 出。 值得一提的是，由于通過第一開關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行 充電，當輸出供應電力的磁性電容組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 的供應電力。當然，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全部輸出供應電力，同時，另一組中的所有磁性電容組20全部進行充電，如此 通過兩組供電裝置1相互切換，也可達到輸出持續(xù)且穩(wěn)定的供應電力的功效，所以不以本 實施例為限。 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 置或電力供應來源。 請參閱圖8所示，圖8為本實施例的磁性電容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)、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9所示，圖9為本發(fā)明的磁性電容21的結構示意圖。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是由具磁性的導電材料所構成，并借由
11適當的外加電場進行磁化，使第一磁性電極110與第二磁性電極120內分別形成磁偶極 (mageneticdipole) 115與125，以于磁性電容21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21的漏電流。 所需要特別強調的是，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(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)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均可視產品 的需求而選用適當的其他材料。 比喻說明本發(fā)明磁性電容21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生輕微的減??；在某種條件下，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IO倍以上，而能夠產生很龐大的磁阻效應。若是進一步結 合麥克斯韋-瓦格納(Maxwell-Wagner)電路模型，磁性顆粒復合介質中也可能會產生很龐 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21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，因此造成電 容值的大幅提升。 G = ~ 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另一種的結構 示意圖。如圖10所示，第一磁性電極110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，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，借由適當的外加電場或 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)明的一較佳實施例中，磁偶極113與117的方向為反向，而能進一步抑制磁性電 容21的漏電流。 此外，需要強調的是，第一磁性電極110的結構并不限于前述的三層結構，而可以 類似的方式，以多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆疊，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21的漏電流。同樣地，第二磁性電極120內也可設有相似的結構，以降低磁性電容21之漏電流，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21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工藝，所以可借由適當的半導體工藝來形成
磁性電容21以及周邊電路連接，進而縮小磁性電容21的體積與重量，由于此制作方法可使
用一般半導體工藝，其應為熟習該項技藝者所熟知，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的切換來改變輸出電
應電力的電壓值，可達到提供多數個供應電力的具有可變電壓輸出的供電裝置，且每一個
供應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
一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出一供應電力；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電力，其中具有多數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；多數個旁路開關，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；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的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
2. 如權利要求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 括多數個受該控制模塊控制開啟或關閉的第一開關，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，該控制模塊控制所述第一開關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 括多數個受該控制模塊控制開啟或關閉的第二開關，每一個磁性電容與和該磁性電容連接 的旁路開關間連接一個第二開關，且該第二開關與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的 旁路開關并聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關與第二開關中的一者開啟 與另一者關閉。
4. 如權利要求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 括多數個受該控制模塊控制開啟或關閉的第二開關，每一個磁性電容與和 >該磁性電容連接 的旁路開關間連接一個第二開關，且該第二開關與該磁性電容串聯(lián)并與該磁性電容連接的 旁路開關并聯(lián)，該控制模塊控制與各該磁性電容連接的旁路開關與第二開關中的一者開啟 與另一者關閉。
5. 如權利要求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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制所 述旁路開關的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
6. 如權利要求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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制所 述旁路開關的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
7. 如權利要求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電力穩(wěn)壓后 輸出。
8. 如權利要求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電材料構成。
10. 如權利要求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電的非磁性材質的隔離層，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。
12. —種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應電力；其特征在于 多數個磁性電容單元，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，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的開啟或關閉以 改變該供應電力的電壓值。
13. 如權利要求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)組成多數組磁性電容組，且該供電裝置更包含多數個第一開關，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，該控制模塊控制所述第 一開關的關閉可將所述磁性電容組并聯(lián)輸出。
14. 如權利要求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，該第二開關連接于該旁路開關與該磁性電容之間，且該第二開 關與該磁性電容串聯(lián)并與該旁路開關并聯(lián)。
15. 如權利要求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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制 所述旁路開關的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
16. 如權利要求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選擇器，該控制單元會驅使該開關選擇器控制 所述旁路開關的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。
17. 如權利要求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電力穩(wěn)壓后輸出，且根據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電材料構成，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。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種具有可變電壓輸出的供電裝置，可輸出至少一供應電力，并包含多數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，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的開啟或關閉以改變該供應電力的電壓值。借由所述旁路開關的開啟或關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