专利名称：：电力供应装置的制作方法
技术领域：
：本发明是与用以提供电子装置所需电力的电力供应装置有关，尤指一种使用磁性电容(magneticcapacitor)作为储能元件的电力供应装置。技术背景随着科技进步，各种可携式电子产品已大量的充斥在日常生活之中，而由于可携式电子装置的重点即在于方便使用者随身携带以及可随处使用，因此，一般可携式电子装置普遍采用电池来作所需的电力供应来源。目前常见于可携式电子装置的电池普遍为化学能电池，亦即其能量主要以化学能的方式进行储存，当使用时再通过化学反应来产生电流，例如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及锂电池等等，然而这些传统电池，若不是有储能能力不足的缺点，就是有使用上安全的限制。举例来说，由于锂电池具有体积小及能量储存密度高的优点，故成为一般可携式电子装置偏好的电力供应来源，然而锂电池由于其能量储存密度高，而导致当电池产生过度充电及/或过度放电时，极可能遭受到电池自燃、爆裂或是电池劣化的问题，甚至可能因此危害到使用者的安全。因此，在可携式电子装置大量普及的同时，亟需提供兼顾体积考虑、储能效率以及具有高度使用安全性的电力供应装置，以解决目前可携式电子装置的电力供应装置所面临的问题。
发明内容因此，本发明的目的之一即在于提供一种电力供应装置，其使用磁性电容作为储能装置，在提升电力供应装置的效能的同时一并解决已知技术中化学电池所面临的问题。根据本发明的实施例，其是揭露一种电力供应装置，该电力供应装置包含有磁性电容装置以及保护电路。该磁性电容装置包含有至少一磁性电容，该磁性电容装置是以电位能的形式来储存能量，并产生输出电流；该保护电该磁性电容装置的输出电流超过临界值。通过本发明所提供的实施例，先前技术所遭遇的问题可顺利解决或避免，且可获得技术上的优点或好处。前述是先概略地描述本发明的技术特征与优点以使后续的发明说明更加易于了解，而本发明额外的技术特征与相关细节描述将于后揭露，并隶属于本发明申请专利范围所主张的范畴。本领域技术人员应可了解本发明所揭露的概念与特定实施例可轻易地作为实现本发明相同目的的其它架构或流程的修改或设计基础，此外，本领域技术人员亦可了解这些设计变化均未背离本发明精神与上述申请专利范围所主张的范畴，故皆属本发明的涵盖范围。图1为本发明具有电力供应装置的电子装置的一实施例的示意图。图2所示为电子装置100的保护电路105的一实施例的示意图。图3为本发明磁性电容与其它已知能量储存媒介的储能特性示意图。图4为根据本发明磁性电容的结构示意图。图5为图4所示的第一磁性电极的结构示意图。[主要元件标号说明]100电子装置105电力供应装置110磁性电容装置120保护电路122检测单元124控制单元126开关单元130直流/直流转换140/磁性电容150负载装置160第一-兹性电极162磁性层164隔离层163第三磁偶极166第二》兹性层167第四磁偶极165第一磁耦极170介电层180第二磁性电极185第二磁耦极191、192界面210传统电容220超级电容230一般电池具体实施方式文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。由前述可知，本发明的目的之一即在于提供一种电力供应装置，其采用磁性电容作为储能元件，其是以电位能的形式来储存能量，具有高储能密度、长使用寿命、体积小且重量轻薄的特性，故可取代已知化学能电池，作为各种电子装置的电力供应来源。请参阅图1，图1所示为本发明具有电力供应装置105的电子装置100的一实施例的示意图。如图l所示，电子装置100包含有负载装置150以及电力供应装置105，电力供应装置105用以供应负载装置150所需的电力。此外，电力供应装置105内包含有磁性电容装置110、保护电路120以及直流/直流(DC/DC)转换器130。在本实旃例中，磁性电容装置110内包含有至少一磁性电容140,通过磁性电容140使得本发明的电力供应装置100得以通过电4立能(electronicpotentialenergy)的开j式来4诸存能量，也t尤是i兌，本发明通过使用磁性电容140来作为电池，以提供一种使用电位能形式来储能的电力供应装置，而关于磁性电容的详细说明将于后续发明说明中揭露之。接下来将详细说明磁性电容装置110的架构以及原理，请注意到，本篇说明书后续的揭露中，磁性电容装置110包含有多个磁性电容140,不过此仅为说明之用而不为本发明的限制条件之一，也就是说，磁性电容140的数目并不为本发明的限制之一，任何使用；兹性电容140来作为储能元件的电力供应装置，皆属于本发明的保护范畴之中。此外，根据本发明的一实施例而使用多个磁容电容140来构成磁性电容装置110时，是利用半导体制程于硅基板上制作多个小尺寸的磁性电容140，并通过适当的金属化制程，以根据设计需求于多个磁性电容14G之间形成电连接，以便提供具有所需特性的磁性电容装置iio作为能量储存装置或外部装置的电力供应来源。然而，磁性电容装置110中磁性电容140间的耦接方式以及排列方式并不为本发明的限制条件之一，也就是说，根据不同的电压或电容值需求，可使用适当的串联或并联形式，以满足各种不同电子装置的电力供应需求。这些相关设计变化亦符合本发明的精神，且隶属于本发明的保护范畴之中。请参阅图3,图3所示为本发明的磁性电容140与其它已知能量储存媒介的储能特性示意图。如图3所示，磁性电容140是以电位能的方式来储存6能量，相较于主要以化学能储存的其它能量储存媒介(例如传统电池230或超级电容220)或传统电容210,磁性电容140除了具备极佳的能量储存密度以外，更具有极高的功率密度(如图所示)。此外，由于其充分保有电容的特性，相较于其它已知化学性储能装置，本发明的磁性电容140还具有寿命长(高充方文电次数)、无存储效应、可进行高功率输出及快速充放电等特点。换句话说，本发明的电力供应装置105的一技术特征在于使用一个或多个石兹性电容140来构成能量储存装置Q兹性电容装置110)以作为负载装置150的电力来源。相较于一般电容，磁性电容140是通过于上、下电极处形成的;兹场来调整其内自旋电子构成的^f兹耦极，如此一来，可达到抑制^t性电容140的漏电流与提升极佳的能量储存密度，以实现极佳的能量储存装置及/或电力供应来源。进一步说明磁性电容的操作原理如下。物质在一定磁场产生电阻值变化的现象，即称为r磁阻效应」，一般而言，许多磁性金属和合金材料都有这种磁电阻现象。在大多数的情况下，物质的电阻率在磁场中仅会轻微地减小，然而，在某些物理条件下，电阻率会产生巨幅的减小，其所减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值高出10倍以上，称为r巨磁阻效应」(GMR)。进一步结合Maxwell-Wagner电路模型，磁性颗粒复合介质中也可能产生所谓的庞磁电容(Colossalmagnetocapacitance，CMC)效应或巨磁电容(Giantmagnetocapacitance,GMC)效应。请参照第1式，第1式描述了传统电容的电容值C与其相关系数的关系式。^(l)如第1式所述，对传统电容而言，其电容值C是由电容的面积A、介电层的介电常数f。^及厚度d决定。对于本发明的磁性电容140而言，主要利用整齐排列的磁偶极于磁性电容140的上、下磁性电极来形成磁场，使内部储存的电子朝同一自旋方向转动来进行整齐的排列，因而达到可于磁性电容140中容纳更多的电荷而大幅增进能量的储存密度。相较于于传统电容，磁性电容140相当于通过磁场作用来改变介电层130的介电常数，达到电容值的大幅提升的目的请同时参阅图4以及图1，图4所示为根据本发明磁性电容140的结构示意图。如图4所示，磁性电容140包含有第一^兹性电极160、第二磁性电极180以及位于其间的介电层170。其中第一磁性电极160与第二磁性电极180是由具磁性的导电材料所构成，通过对第一、第二石兹性电极120施加适当的外加电场以进行磁化，使得第一磁性电极160与第二磁性电极180内分别产生第一》兹偶极(magneticdipole)165与第二磁耦极185，以于磁性电容140内部构成磁场而对带电粒子的移动造成影响，从而抑制磁性电容140的漏电流。至于介电层170,则是用来分隔第一磁性电极160与第二磁性电极180，以于第一磁性电极160与第二磁性电极180处累积电荷而储存电位能。此外，在本实施例中，第一磁性电极160与介电层170之间的界面191,以及第二磁性电极180与介电层170间的界面192均为不平坦的表面，以通过增加介电层170的面积A的方式来进一步增进》兹性电容140的电容值。请继续参阅图4,在本实施例中，第一磁偶极165与第二磁耦极185的方向仅为说明之用而不为本发明的限制条件之一，对本领域技术人员而言，应可了解到第一磁偶极165与第二磁耦极185实际上是由多个整齐排列的微小磁偶极所迭加而成，此外，在本发明的其它实施例中，亦可使用具有其它不同方向的第一磁偶极165与第二磁耦极185来产生不同的磁场。也就是说，第一磁偶极165与第二-兹耦极185最后形成的方向并不为本发明的限制条件之一，亦即，随着不同的设计需求，第一磁偶极165与第二磁耦极185可指向同一方向或不同方向(如图4的实施例所示)，而这些相关设计变化亦符合本发明的精神，且隶属于本发明的保护范畴之中。详细来说，对于f兹性电容140而言，第一》兹性电极160与第二磁性电极180可由稀土元素或其它》兹性导电材质构成，而介电层170可由氧化钛(Ti03)、氧化钡钛(BaTi03)或半导体层(如氧化硅(siliconoxide))构成，然而这仅为说明之用而不为本发明的限制条件之一。在本发明的其它实施例中，亦可依据不同的设计需求而采用不同的材质来构成第一^t性电极160、第二磁性电极180与介电层170,而这些相关设计变化亦符合本发明的精神，且隶属于本发明的保护范畴之中。请一并参阅图5以及图4，图5为图4所示的^f兹性电容140中第一磁性电极160的结构示意图。在本实施例中，》兹性电极可单纯地以导电材质来构成单层结构，然而，^兹性电极亦可以多层结构来加以实现，以第一^f兹性电极160为例，在本实施例中，第一》兹性电极160为多层结构，包含有第一》兹性层162、隔离层164以及第二磁性层166,其中隔离层164是由非磁性材料所构成，而第一磁性层162与第二磁性层166则包含有具磁性的导电材料，并在磁化时，通过适当的外加电场使得第一磁性层162与第二磁性层164中的第三磁偶极163与第四磁偶极167分别具有不同的方向，比方说，第三磁偶极163与第四磁偶极167的方向为彼此反向。通过调整第一磁性电极160中第三》兹偶才及163与第四磁偶才及167,可抑制磁性电容的漏电流。然而，第三;兹偶极163与第四》兹偶极167的方向仅为说明之用而不为本发明的限制条件之一。此外，在本发明的其它实施例中，亦可依据不同的设计需求来调整第一磁性电极160的结构。也就是说第一磁性电极160的结构，并不限于前述的三层结构，而可使用多个磁性层与非磁性层不断交错堆栈，再通过各磁性层内磁偶极方向的调整来进一步抑制磁性电容140的漏电流，而经由适当的调整，则可使得磁性电容140的漏电流趋近于零。前述这些相关设计变化皆遵守本发明的精神，并落于本发明的保护范畴之中。基于前述的揭露，本领域技术人员可推知第二磁性电极180的结构及其设计原理。由于磁性电极的内部结构已详细揭露如上，在此便不再赘述。请继续参阅图1，相较于已知化学能电池，由于本发明的电力供应装置105是采用磁性电容装置110作为储能元件，其具有极佳的能量储存密度、极高的功率密度，且可进行高功率输出及快速充放电。因此一旦发生短路状况时，不仅是会因持续放电而造成电力损耗，更会在短时间内将所储存的电位能全部释放，而产生瞬间的大电流输出，故可能会导致外围电路元件损毁。因此，如图1所示，耦接至磁性电容装置110的保护电路120即是用以解决此问题，通过保护电路120的运作以避免磁性电容装置110产生异常(过大)的输出电流而损害其它电路元件。举例来说，在本发明的其它实施例中，可根据产品的安全设计需求，在电力供应装置105内预设有临界值，一旦》兹性电容装置110的输出电流超过此临界值(亦即过电流/短路的发生)，则保护电路120会将电路断开，停止磁性电容装置110的供电运作，藉此避免过大的输出电流流至电子装置100的其它元件而导致电子装置100中的其它元件受到伤害。也就是说，保护电路120可避免负载装置150遭受短路电流的冲击而受到损害。请参阅图2,图2所示为电子装置100的保护电路105的一实施例的示9意图。如图2所示，保护电路120之内可包含有检测单元122(例如过电流检测器)、控制单元124以及开关单元126。检测单元122检测磁性电容装置110的状态并将检测结果告知控制单元124，因此当电力供应装置105处于异常状态而产生一个超过预设临界值(过大)的输出电流(如电力供应装置105由于正负极遭金属物误触而产生过电流或短路电流产生)时，检测单元122将输出检测信号以告知控制单元124(例如控制逻辑电路)，则控制单元124可进一歩切换开关单元126的导通状态来中断磁性电容装置110的放电，亦即，控制单元124于检测单元122检测到过电流时会控制开关单元126来断开磁性电容装置110与负载装置之间的电路回路，一方面避免磁性电容装置110持续放电，另一方面避免所产生的大输出电流对周边元件造成损害而影响电子装置100的运作。值得注意的是本发明的中保护电路120并不限于使用前述实施例中的电路架构，而可通过各种适当的电路元件或其组合来限制电流，以达到防护的效果。举例来说，在本发明的一实施例中，保护电路120可包含有电流限制元件，例如熔丝(fuse),当磁性电容装置100的输出电流超过默认值(临界值)时，熔丝则会自动熔断，藉此达到限制电流以保护电子装置100的目的。除此之外，在本发明的另一实施例中，保护电路120包含有自复式(resettable)电流限制元件，例如热，敏电阻(ThermalResistor),^吏其在大电流发生时断开，而之后又可自动恢复，进行正常操作。请继续参阅图1,在本实施例中，直流/直流(DC/DC)转换器130耦接于磁性电容装置110以及负载装置150，直流/直流转换器130用以将由磁性电容装置110所输出的第一直流电平V01转换为第二直流电平V02,以满足负载装置150的电力需求。举例来说，当负载装置150所需的供应电压的电压电平(其为直流电压值)V02高于磁性电容装置110的输出电压的电压电平(其为直流电压值)VOl时，直流/直流转换器130则可转换输出电压的电压电平，将其由较低的第一直流电平VOl转换为负载装置150所需的较高的第二直流电平V02。反之亦然，若耦接于电力供应装置105的负载装置150所需的供应电压V02低于^F兹性电容装置110的输出电压的电压电平VOl时，直流/直流转换器130则可调整输出电压的电压电平，将其由较高的第一直流电平V01转换为具有较低电压值的第二直流电平V02。请注意到，虽然在前述的揭露中，本发明提供的电力供应装置105包含有磁性电容装置110、保护电路120以及直流/直流转换器130,然而这并不为本发明的限制条件之一。在电力供应装置105中亦可能包含有其它电路架构，比方说对磁性电容装置110进行充电的充电电路(未显示)。.在阅读前述的揭露之后，本领域技术人员亦可推得其它的相关设计变化，例如其它雷同于本发明的精神以使用磁性电容140于电力供应装置105中的架构，亦属于本发明的保护范畴之中。此外，本发明的范畴并不受限于上述实施例所揭露的程序、装置、制程、组合、对象、方法或步骤，而本领域技术人员应可了解，本发明所揭露的程序、装置、制程、组合、对象、方法或步骤，无论其是现有的或是正在开发的，如果是可以达到和本发明所述的实施例大致上同样的功能或结果均可为本发明实施例所采用，因此，本发明的权利要求范围是包含了上述所揭露的程序、装置、制程、组合、对象、方法或步骤。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。权利要求1.一种电力供应装置，用以提供输出电流至负载装置，其包含有磁性电容装置，包含有至少一磁性电容，其以电位能的形式来储存能量，用以产生该输出电流；以及保护电路，耦接至该磁性电容装置，用以防止该磁性电容装置的该输出电流超过临界值。2.根据权利要求1所述的电力供应装置，其另包含有直流/直流转换器，耦接至该磁性电容装置与该负载装置，用以将该磁性电容装置所输出的第一直流电平转换为第二直流电平，以作为该负载装置所需的电源，其中该第一直流电平是相异于该第二直流电平。3.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中该磁性电容装置包含有多个》兹性电容，该多个^兹性电容包含有以串联方式或并联方式电连接的磁性电容。4.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中该磁性电容包含有第一磁性电极，其是由具有磁性的导电材料构成，用以形成第一磁偶极；第二磁性电极，其是由具有磁性的导电材料构成，用以形成具有第二石兹偶才及；以及介电层，设置于该第一磁性电极与该第二磁性电极之间，其中该第一^f兹偶极的方向是相异于该第二磁偶极的方向。5.根据权利要求4所述的电力供应装置，其中该第一磁性电极包含有第一磁性层，其是由具磁性的导电材料构成，用以形成具有第三磁偶极；第二磁性层，其是由具磁性的导电材料构成，用以形成第四磁偶极；以及隔离层，其是由非磁性物质所构成并设置于该第一磁性层与该第二磁性层之间，其中该第一磁偶极是由该第三磁偶极与该第四磁偶极所构成，其中该第三磁偶极的方向是相异于该第四磁偶极的方向。6.根据权利要求4所述的电力供应装置，其中该第一、第二磁性电极中至少其一与该介电层的界面为不平坦的表面。7.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中该保护电路包含有才企测单元，用以4企测该》兹性电容装置的该输出电流以产生^r测信号；控制单元，用以根据该检测信号来选择性地输出控制信号；以及开关单元，用以根据该控制信号来决定是否开启或关闭该磁性电容装置与该负载装置之间的电路回路。8.根据权利要求1所述的电力供应装置，其中该保护电路包含有电流限制元件。9.根据权利要求8所述的电力供应装置，其中该电流限制元件为熔丝。10.根据权利要求8所述的电力供应装置，其中该电流限制元件为自复式电流限制元件。全文摘要本发明是提供一种电力供应装置，其包含有磁性电容装置以及保护电路。该磁性电容装置包含有至少一磁性电容，且该磁性电容装置是以电位能的形式来储存能量。该保护电路耦接至该磁性电容装置，用以防止该磁性电容装置的输出电流超过临界值。文档编号H02J15/00GK101630868SQ20081013385公开日2010年1月20日申请日期2008年7月17日优先权日2008年7月17日发明者周锦城,曹旭明申请人:光宝科技股份有限公司