具有可变电压输出的供电装置的制作方法

专利名称：具有可变电压输出的供电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种供电装置，特别是涉及一种多电压输出的具有可变电压输出的供
电装置。
背景技术：
现今储能元件广泛运用于家电设备、手持式装置(例如行动电话(Mobile Phone)、掌上电脑(PDA)等)及交通工具等产品，以满足人们对独立能源系统的需求。现今 应用上大都利用电池、电容或超级电容(Superc即acitor)作为能量储存的元件。
电容虽然在工艺(即制程，本文均称为工艺)上较为简单，但因其储存容量小，只 能当做短暂储能使用。而传统电池，主要是利用化学能的方式来进行能量储存，因此其能量 储存密度明显优于一般电容，而可应用于各种电力供应装置，但是，缺点是其所能产生的 瞬间电力输出会受限于化学反应速率，而无法快速的充放电或进行高功率输出，且充放电 次数有限，过度充放时易滋生各种问题；例如目前所使用的蓄电池，虽然标榜着可重复使 用，但还是有其寿命的限制。在多次充放电或长时间不使用的情况下，蓄电池的容量会下 降，且容易损坏，原因在于蓄电池是利用化学能转换为电能，化学物质要常保其活性，才不 至于失效变质，当原来的化合物活性都作用完或将近用完时，便无法再进行新的化学反应， 进而导致蓄电池老化而宣告寿终。 超级电容是一种介于电池与电容间的元件，又称双电层电容(Electrical Double-Layer C即acitor)，因同时通过部分物理储能、部分化学储能架构，所以其具有比 普通电容更大的容量，但其缺点是因有化学材料而具化学特性，而易有如电池的漏电缺 点，又加上因还有部分是物理特性的放电速度快的现象，如此一来就产生很快就会没电的 现象，无法达到有效蓄电功能。甚至，超级电容的耐压度不高，内阻较大，因而不可以用于交 流电路，且如果使用不当会造成电解质泄漏等现象。 现有储能元件的技术，皆无法同时达到寿命长(高充放电次数)、高能量储存密度、
瞬间高功率的输出、快速充放电等优点。另外，现今的供电装置是应用上述这些储能元件来当
作主要的供电来源，通常借由一个可输入直流电压的电压转换器来转换不同的供应电压，以
供应电子装置中不同的内部元件使用。而本案是提出另一种具有多电压输出的供电装置，利
用多数个可以满足上述优点的储能元件的串或并联，仍可达到多电压输出的功效。 由此可见，上述现有的供电装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟
待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，
但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问
题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型的具有可变电压输出的
供电装置，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容
本发明的目的是在提供一种可提供不同电压的供应电力的具有可变电压输出的
5供电装置。 本发明的另一目的，即在提供一种可提供多数个供应电力的具有可变电压输出的 供电装置，每一个供应电力的电压依需要而相同或不同。 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出
的一种具有可变电压输出的供电装置，可输出一供应电力；该供电装置包含一磁性电容
阵列，用以储存电能并输出该供应电力，其中具有多数个以一矩阵排列的磁性电容，且各该
磁性电容具有一第一端及一第二端，且在该矩阵的同一行中，所述磁性电容相互串联，而在
该矩阵的同一列中，所述磁性电容的第一端相互连接；多数个旁路开关，每一个磁性电容的
第一端及第二端之间连接一个旁路开关；以及一控制模块，耦接于该磁性电容阵列，该控制
模块控制所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包括多数个受
该控制模块(即模组，本文均称为模块)控制开启或关闭的第一开关，在矩阵的每一列中，
两相邻磁性电容的第一端间连接一个第一开关，该控制模块控制所述第一开关中至少一部
分开启将该磁性电容阵列区隔成多组磁性电容组，且每一磁性电容组具有至少一行的磁性电容。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包括多数个受 该控制模块控制开启或关闭的第二开关，每一个磁性电容与和该磁性电容连接的旁路开关 间连接一个第二开关，且该第二开关与该磁性电容串联并与该磁性电容连接的旁路开关并 联，该控制模块控制与各该磁性电容连接的旁路开关与第二开关中的一者开启与另一者关 闭。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该控制模块包括一控制单元 及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制所述旁路开关 的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包含一耦接于 该磁性电容阵列的输出模块，用以将该磁性电容阵列所输出的供应电力稳压后输出。
较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包含一耦接于 该磁性电容阵列的输入模块，并接收一外部电源，该输入模块会将该外部电源转换成所述 磁性电容可接收的电压以供所述磁性电容充电用。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中所述磁性电容更具有一第一 磁性电极、一第二磁性电极以及位于其间的一介电层，其中该第一磁性电极与第二磁性电 极是由具磁性的导电材料构成。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该第一磁性电极与该第二磁 性电极中的至少一者具有一第一磁性层、一第二磁性层与一夹置于该第一磁性层与该第二 磁性层间且可导电的非磁性材质的隔离层，该第一磁性层的磁耦极方向相反于该第二磁性 层的磁耦极方向。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该第一磁性电极与第二磁性
电极的材质为稀土元素，该介电层的材质为氧化钛或氧化钡钛或一半导体材质。 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的
6一种具有可变电压输出的供电装置，可输出至少一供应电力；包括多数个磁性电容单元， 每一个磁性电容单元皆包括一个具有一第一端及一第二端且用以储存电能的磁性电容，及 一个与该磁性电容第一端与第二端连接的旁路开关，且所述磁性电容单元相互串联组成至 少一组磁性电容组；以及一控制模块，耦接于所述磁性电容组，该控制模块控制所述旁路开 关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中所述磁性电容单元相互串联
组成多数组磁性电容组，且该供电装置更包含多数个第一开关，第一个两相邻磁性电容组
中两相邻磁性电容的第一端分别连接一个第一开关，该控制模块控制所述第一开关的关闭
可将所述磁性电容组并联输出。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中每一磁性电容单元更包括一 个第二开关，该第二开关连接于该旁路开关与该磁性电容之间，且该第二开关与该磁性电 容串联并与该旁路开关并联。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该控制模块包括一控制单元 及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制所述旁路开关 的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包含一耦接于 该磁性电容阵列的输出模块，用以将该磁性电容阵列所输出的供应电力稳压后输出，且根 据控制单元决定以单电压及多电压其中之一的方式输出。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该供电装置还包含一耦接于 该磁性电容阵列的输入模块，并接收一外部电源，该输入模块会将该外部电源转换成所述 磁性电容可接收的电压以供所述磁性电容充电用。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中所述磁性电容更具有一第一
磁性电极、一第二磁性电极以及位于其间的一介电层，其中该第一磁性电极与第二磁性电
极是由具磁性的导电材料构成，该第一磁性电极包含有多个成第一方向排列的磁偶极，而
该第二磁性层包含有多个成第二方向排列的磁偶极，该第一方向与该第二方向相反。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该第一磁性电极与该第二磁
性电极中的至少之一具有一第一磁性层、一第二磁性层与一夹置于该第一磁性层与该第二
磁性层间且非磁性材质的隔离层，该第一磁性层的磁耦极方向相反于该第二磁性层的磁耦
极方向。 较佳地，前述的具有可变电压输出的供电装置，其中该第一磁性电极与第二磁性
电极的材质为稀土元素，该介电层的材质为氧化钛或氧化钡钛或一半导体材质。 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目
的，本发明提供了一种具有可变电压输出的供电装置，可输出至少一供应电力，并包含多数
个磁性电容单元及一控制模块，其中，每一个磁性电容单元包括一个具有一第一端及一第
二端且用以储存电能的磁性电容，及一个与该磁性电容第一端与第二端连接的旁路开关，
而控制模块则是耦接于每一磁性电容组，且控制每一个旁路开关的开启或关闭决定各个磁
性电容的所储存的电力输出与否。 较佳地，多数个磁性电容单元相互串联组成一组或多组磁性电容组，且控制模块可控制每一磁性电容组中的旁路开关的开启或关闭，来改变该组输出的供应电力的电压 值。 此外，供电装置更包含一输入模块及一输出模块，其中，输入模块会接收一外部电 源，并将该外部电源转换成磁性电容可接受的电压后，再对磁性电容进行充电。输出模块耦 接于每一磁性电容组，并将每一磁性电容组所输出的供应电力稳压后输出，且会配合磁性 电容组的数量决定是以单电压还是以多电压的方式输出。 本发明的磁性电容更具有一第一磁性电极、一第二磁性电极以及位于其间的一介
电层，其中第一磁性电极与第二磁性电极是由具磁性的导电材料构成，且第一磁性电极的
磁耦极方向相同，而第二磁性电极的磁耦极方向相同，但第二磁性电极可与第一磁性电极
的磁耦极方向相反。再者，第一磁性电极与第二磁性电极中的至少之一具有一第一磁性层、
一第二磁性层与一夹置于第一磁性层与第二磁性层间且非磁性材质的隔离层。 较佳地，本发明的第一磁性电极与第二磁性电极的材质为稀土元素，而介电层的
材质为氧化钛或氧化钡钛或一半导体材质。 借由上述技术方案，本发明具有可变电压输出的供电装置至少具有下列优点及有 益效果本发明可以同时提供多组的供应电力且每一的供应电力皆可被改变其输出的电压 值，以达到提供多组可变电压的功效。 综上所述，本发明一种具有可变电压输出的供电装置，可输出至少一供应电力，并
包含多数个磁性电容单元及一控制模块，其中，每一个磁性电容单元皆包括一个具有一第
一端及一第二端且用以储存电能的磁性电容，及一个与该磁性电容第一端与第二端连接的
旁路开关，且所述磁性电容单元相互串联组成至少一组磁性电容组。而控制模块则耦接于
所述磁性电容组，且控制所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。借由所
述旁路开关的开启或关闭控制所述磁性电容的短路与否，来改变其输出的电压。本发明在
技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。


图1是本发明具有可变电压输出的供电装置的较佳实施例的电路示意图。
图2是本发明的供电装置具有三组磁性电容组的元件关系的电路示意图。
图3是图2中三组磁性电容组可输出两组供应电力，其中一组供应电力是利用两 组磁性电容组并联输出的等效电路图。 图4是图2中三组磁性电容组可输出两组供应电力，其中一组供应电力是利用两
组磁性电容组中两两磁性电容相互并联再串联输出的等效电路图。 图5是图2中三组磁性电容组的三种供应电力的电路示意图。 图6是本实施例的输入模块的元件关系的电路示意图。 图7是本实施例的输出模块的元件关系的电路示意图。 图8是本发明的磁性电容与其他现有能量储存媒介的比较示意图。 图9是本发明的磁性电容的结构示意图。
图10是本发明的磁性电容的第一磁性电极另一种的结构示意图。
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具有可变电压输出的供电装置其具体实施方式
、 结构、特征及其功效，详细说明如后。 有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目 的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说 明之用，并非用来对本发明加以限制。 请参阅图1所示，为本发明具有可变电压输出的供电装置的较佳实施例，该供电 装置l可应用于各种电子装置，例如笔记型电脑(notebook)、手机等等，主要是提供电子装 置的供应电力，并包含多数个磁性电容单元2及一个控制模块3，每一个磁性电容单元2都 包括一个具有一第一端211及一第二端212且用以储存电能的磁性电容21，及一个与该磁 性电容第一端211与第二端212连接的旁路开关22，而控制模块3会控制每一个磁性电容 单元2中的旁路开关22的开启或关闭来决定该磁性电容21中的电压输出与否。
在本实施例中，多数个磁性电容单元2会相互串联组成多数组磁性电容组20，且 每一磁性电容组20皆可输出一个供应电力，而控制模块3会耦接于每一磁性电容组20，并 控制其中的旁路开关22的开启或关闭来改变该磁性电容组20供应电力的电压值。配合 参阅图2所示，以图2中的三组并列的磁性电容组20来说明，每一组都分别具有三个彼此 相互串联的磁性电容单元2。为方便描述，设定由左而右的第一行的磁性电容组20为第一 磁性电容组20、第二行的磁性电容组20为第二磁性电容组、第三行的磁性电容组20为第 三磁性电容组，且每一个磁性电容单元2以一个坐标位置表示，例如第一列第一行的磁性 电容单元2的坐标位置为(Rowl， Coll)。此外，坐标位置为(Row3， Coll) 、 (Row3， Co12)及 (Row3， Co13)的磁性电容单元2中的磁性电容21的第二端212皆与地连接。
换句话说，供电装置l最多可以输出三组的供应电力，且每一组都可以借由旁路 开关22的开启或关闭来改变其输出供应电力的电压值。此外，为了能够有效的隔离每一磁 性电容组20，本实施例的供电装置1更包含多数个第一开关4，在两相邻磁性电容组20的 每一个磁性电容21的第一端211之间皆连接一个第一开关4，而控制模块3可控制这些第 一开关4的开启或关闭，可以使各个磁性电容组20之间相互隔离或并联。当然，也可以只 有在两相邻磁性电容组20中第一列(Rowl)的磁性电容21之间连接一个第一开关4，也可 达到两相邻磁性电容组20相互并联，所以不以本实施例为限。 若控制模块3将所有的第一开关4开启(open/off)，而每一磁性电容组20中有一 个或多个旁路开关22关闭(close/on)，则供电装置l可有三组可输出供应电力的磁性电容 组20，且每一磁性电容组20彼此相互不干扰。 如图3所示，举例来说，若控制模块3将每一旁路开关22开启，而坐标位置为 (Rowl， Coll)及坐标位置为(Rowl， Co12)的磁性电容单元2之间的第一开关4关闭，而其 余所有第一开关4开启时，供电装置1则可有两组可输出的供应电力，其中，有一组是由第 一磁性电容组20(Co11)及第二磁性电容组20(Co12)并联输出。当然，第一开关4开启或关闭皆是由控制模块3所控制，其所对应磁性电容组20的连接关系，并不以上述为限，例如 图4所示，若将第一磁性电容组20(Co11)及第二磁性电容组20(Co12)之间的三个第一开 关4关闭，即可达到两组中的磁性电容21两两相互并联后再串联输出的态样。
请参阅图1所示，当控制模块3控制磁性电容单元2中的旁路开关22关闭时，表 示该磁性电容21会被短路，即该磁性电容21将不会输出电力。因此，为了确保被短路的磁 性电容21不会影响磁性电容组20所输出的供应电力，所以本实施例的供电装置1还包含 多数个由控制模块3所控制的第二开关23，分别串联在每一个磁性电容单元2中磁性电容 21与旁路开关22之间，在本实施例中，第二开关23是串联在磁性电容21的第二端212与 旁路开关22之间，当然也可以是串联在磁性电容21的第一端211与旁路开关22之间，所 以不以本实施例为限。再者，以单一个磁性电容单元2来说，当控制模块3控制旁路开关22 关闭时，也会将第二开关23开启，使得磁性电容21的一端会呈现浮接(floating)状态，以 至于电流只能从旁路开关22流过；相反地，当控制模块3控制旁路开关22开启时，会将第 二开关23关闭，使得电流会从磁性电容21流过，也就是说，每一个磁性电容单元2中，旁路 开关22与第二开关23不会有同时关闭或开启的情形。 此外，本实施例的控制模块3具有一控制单元31及一耦接于控制单元31的开关 选择器32，其中，控制单元31会控制所有的旁路开关22、第一开关4及第二开关23的开启 或关闭，以决定供电装置1会有多少组可输出供应电力的磁性电容组20，且调整每一磁性 电容组20所输出的供电电力的电压值，并在决定后，控制单元31会驱使开关选择器32发 出对应这些被选择的旁路开关22、第一开关4及第二开关23的驱动电压。
请参阅图5所示，假设每一个磁性电容21中皆储存IV的电压，且所有的第一开关 4皆开启，由上述可知，供电装置1可输出三组的供应电力。以第一磁性电容组(Co11)20 而言，控制单元31将坐标位置为(Row2， Coll)的磁性电容单元2中的旁路开关22关闭与 第二开关23开启，并将其余的旁路开关22开启，将各个第二开关23对应地开启或关闭，如 此一来，供电装置1的第一磁性电容组(Coll)20供应电力的电压为2V，其中是由坐标位置 为(Rowl， Coll)及(Rowl， Co13)的磁性电容单元2相互串联所得；同样地，若控制单元31 将第二磁性电容组(Co12) 20中所有的旁路开关22开启，且将所有第二开关23关闭，第二 磁性电容组(Co11)20的供应电压为3V ;而第三磁性电容组(Co13)20的供应电力的电压是 1V，其中是由坐标位置为(Row3，Co13)的磁性电容单元2所输出，其余磁性电容单元2中的 磁性电容21皆不输出电压。 请参阅图1 、图6及图7所示，在本实施例中，供电装置1更包含一耦接于每一磁性 电容组20的输入模块5及输出模块6，其中，输入模块5会接收一外部电源，且将外部电源 转换成各个磁性电容21可接收的电压，并对每一个欲使用的磁性电容21进行充电，而该外 部电源可以来自于一个电池所供应的电力，也可以是从外部所供应的直流电压。此外，输入 模块5中具有一保护电路51及一电压转换电路52，其中，保护电路51是包含一与外部电源 连接的保险丝511及一保护器512、一串接在外部电源的负极端(地端)并受保护器512控 制的开关513，以及一连接在保护器512与外部电源的负极端(地端)之间的电阻514。其 中保险丝511在外部电源充电过程中流经电流过大时会过热烧断；电阻514侦测外部电源 的输出(充电)电流并送给保护器512，使保护器512发现输入电流突然变大时可以立即切 断开关513，使外部电源停止供电以保护内部磁性电容21不致因输入电流过大而烧毁。而
10电压转换电路52则是用于将外部电源升压或降压成各个磁性电容21可接收的电压。
输出模块6是用以将每一磁性电容组20所输出的供应电力稳压后输出，且根据控 制单元31决定以单电压或多电压的方式输出，也就是说，输出模块6所输出电压的数量会 对应磁性电容组20的数量，例如有三组可供应电力的磁性电容组20，输出模块6则会切换 成多电压输出的方式，将三组供应电力同时输出。此外，输出模块6中具有对应每一组供应 电力的一保护电路61及一直流/直流转换器(DC-to-DC Converter) 62，其中，输出模块6 的保护电路61是包含一与磁性电容组20的输出端连接的保险丝611及一保护器612、一串 接在磁性电容组20的负极端(地端)并受保护器612控制的开关613，以及一连接在保护 器612与磁性电容组20的负极端(地端)之间的电阻614。其中保险丝611在磁性电容 组20放电过程中流经电流过大时会过热烧断，以保护磁性电容组20 ;电阻614侦测磁性电 容组20的输出(放电)电流并送给保护器612，使保护器612发现输出电流突然变大时可 以立即切断开关613，使磁性电容组20停止供电以保护磁性电容组20不致因输出电流过大 而烧毁。而直流/直流转换器62则用以将每一磁性电容组20所输出的供应电力稳压后输 出。 值得一提的是，由于通过第一开关4可使每一磁性电容组20相互分离而不会彼此 干扰，所以在本实施例的供电装置1中会同时有几组的磁性电容组20在输出供应电力，且 有另几组的磁性电容组20则是利用输入模块5所收到一个来自于外部的直流电力来进行 充电，当输出供应电力的磁性电容组20中的磁性电容21电力不足时，则控制模块3会切换 成利用原先在充电的那几组磁性电容组20输出，如此一来，供电装置1可输出持续且稳定 的供应电力。当然，也可以使用两组本发明的供电装置l，其中一组的供电装置1中所有磁 性电容组20全部输出供应电力，同时，另一组中的所有磁性电容组20全部进行充电，如此 通过两组供电装置1相互切换，也可达到输出持续且稳定的供应电力的功效，所以不以本 实施例为限。 除了以上供电装置1之外，本发明的另一特征在于使用磁性电容21作为能量储存 装置以及电力来源。值得注意的是，相较于一般电容，磁性电容21可借由于上电极、下电极 处形成的磁场，来抑制漏电流，并大幅提升能量储存密度，所以可作为一极佳的能量储存装 置或电力供应来源。 请参阅图8所示，图8为本实施例的磁性电容21与其他现有能量储存媒介的比较 示意图。如图8所示，由于现有能量储存媒介(例如传统电池或超级电容)主要是利用化 学能的方式来进行能量储存，因此其能量储存密度将会明显优于一般电容，而可应用于各 种电力供应装置，但在此同时，其所能产生的瞬间电力输出也会受限于化学反应速率，而无 法快速的充放电或进行高功率输出，且充放电次数有限，过度充放时易滋生各种问题。
相较于此，由于磁性电容21中储存的能量全部是以电位能的方式进行储存，因 此，除了具有可与一般电池或超级电容匹配的能量储存密度外，更因充分保有电容的特性， 而具有寿命长(高充放电次数)、无记忆效应、可进行高功率输出、快速充放电等特点，所以 可有效解决当前电池所遇到的各种问题。 请参阅图9所示，图9为本发明的磁性电容21的结构示意图。如图9所示，磁 性电容21是包含有一第一磁性电极110、一第二磁性电极120，以及位于两者间的一介电 层130。第一磁性电极110与第二磁性电极120是由具磁性的导电材料所构成，并借由
11适当的外加电场进行磁化，使第一磁性电极110与第二磁性电极120内分别形成磁偶极 (mageneticdipole) 115与125，以于磁性电容21内部构成一磁场，对带电粒子的移动造成 影响，从而抑制磁性电容21的漏电流。 所需要特别强调的是，图9中的磁偶极115与125的箭头方向仅为一示意图。对 熟习该项技艺者而言，应可了解到磁偶极115与125实际上是由多个整齐排列的微小磁偶 极所叠加而成，且在本发明中，磁偶极115与125最后形成的方向并无限定，例如可指向同 一方向或不同方向。介电层130则是用来分隔第一磁性电极110与第二磁性电极120，以于 第一磁性电极110与第二磁性电极120处累积电荷，储存电位能。在本发明的一实施例中， 第一磁性电极110与第二磁性电极120是包含有磁性导电材质，例如稀土元素，介电层130 是由氧化钛(Ti03)、氧化钡钛(BaTi03)或一半导体层，例如氧化硅(silicon oxide)所构 成，然而本发明并不限于此，第一磁性电极110、第二磁性电极120与介电层130均可视产品 的需求而选用适当的其他材料。 比喻说明本发明磁性电容21的操作原理如下。物质在一定磁场下电阻改变的现 象，称为"磁阻效应"，磁性金属和合金材料一般都有这种磁电阻现象，通常情况下，物质的 电阻率在磁场中仅产生轻微的减小；在某种条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性 金属与合金材料的磁电阻值高出IO倍以上，而能够产生很庞大的磁阻效应。若是进一步结 合麦克斯韦-瓦格纳(Maxwell-Wagner)电路模型，磁性颗粒复合介质中也可能会产生很庞 大的磁电容效应。 在现有电容中，电容值C是由电容的面积A、介电层的介电常数e。、及厚度d决 定，如下式。然而在本发明中，磁性电容21主要利用第一磁性电极110与第二磁性电极120 中整齐排列的磁偶极来形成磁场来，使内部储存的电子朝同一自旋方向转动，进行整齐的 排列，所以可在同样条件下，容纳更多的电荷，进而增加能量的储存密度。类比于现有电容， 磁性电容21的运作原理相当于借由磁场的作用来改变介电层130的介电常数，因此造成电 容值的大幅提升。 G = ~ 此外，在本实施例中，第一磁性电极110与介电层130之间的介面131以及第二磁 性电极120与介电层130之间的介面132均为一不平坦的表面，以借由增加表面积A的方 式，进一步提升磁性电容21的电容值C。 请阅图IO所示，图10为本发明的磁性电容21的第一磁性电极110另一种的结构 示意图。如图10所示，第一磁性电极110为一多层结构，包含有一第一磁性层112、一隔离 层114以及一第二磁性层116。其中隔离层114是由非磁性的导电材料所构成，而第一磁性 层112与第二磁性层116则包含有具磁性的导电材料，并在磁化时，借由适当的外加电场或 磁场，使得第一磁性层112与第二磁性层114中的磁偶极113与117分别具有不同的方向， 例如在本发明的一较佳实施例中，磁偶极113与117的方向为反向，而能进一步抑制磁性电 容21的漏电流。 此外，需要强调的是，第一磁性电极110的结构并不限于前述的三层结构，而可以 类似的方式，以多个磁性层与非磁性层不断交错堆叠，再借由各磁性层内磁偶极方向的调 整来进一步抑制磁性电容21的漏电流。同样地，第二磁性电极120内也可设有相似的结构，以降低磁性电容21之漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果。 此外，由于现有储能元件多半以化学能的方式进行储存，因此都需要有一定的尺
寸，否则往往会造成效率的大幅下降。相较于此，本发明的磁性电容21是以电位能的方式
进行储存，且因所使用的材料可适用于半导体工艺，所以可借由适当的半导体工艺来形成
磁性电容21以及周边电路连接，进而縮小磁性电容21的体积与重量，由于此制作方法可使
用一般半导体工艺，其应为熟习该项技艺者所熟知，所以在此不予赘述。 综上所述，本发明的具有可变电压输出的供电装置借由开关的切换来改变输出电
应电力的电压值，可达到提供多数个供应电力的具有可变电压输出的供电装置，且每一个
供应电力的电压依需要而相同或不同，另外，本发明的磁性电容除了具有可与一般电池或
超级电容匹配的能量储存密度外，更因充分保有电容的特性，所以也可有效解决当前电池
所遇到的各种问题。 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种具有可变电压输出的供电装置，可输出一供应电力；其特征在于该供电装置包含一磁性电容阵列，用以储存电能并输出该供应电力，其中具有多数个以一矩阵排列的磁性电容，且各该磁性电容具有一第一端及一第二端，且在该矩阵的同一行中，所述磁性电容相互串联，而在该矩阵的同一列中，所述磁性电容的第一端相互连接；多数个旁路开关，每一个磁性电容的第一端及第二端之间连接一个旁路开关；以及一控制模块，耦接于该磁性电容阵列，该控制模块控制所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
2. 如权利要求1所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包 括多数个受该控制模块控制开启或关闭的第一开关，在矩阵的每一列中，两相邻磁性电容 的第一端间连接一个第一开关，该控制模块控制所述第一开关中至少一部分开启将该磁性 电容阵列区隔成多组磁性电容组，且每一磁性电容组< 具有至少一行的磁性电容。
3. 如权利要求1所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包 括多数个受该控制模块控制开启或关闭的第二开关，每一个磁性电容与和该磁性电容连接 的旁路开关间连接一个第二开关，且该第二开关与该磁性电容串联并与该磁性电容连接的 旁路开关并联，该控制模块控制与各该磁性电容连接的旁路开关与第二开关中的一者开启 与另一者关闭。
4. 如权利要求2所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包 括多数个受该控制模块控制开启或关闭的第二开关，每一个磁性电容与和 >该磁性电容连接 的旁路开关间连接一个第二开关，且该第二开关与该磁性电容串联并与该磁性电容连接的 旁路开关并联，该控制模块控制与各该磁性电容连接的旁路开关与第二开关中的一者开启 与另一者关闭。
5. 如权利要求1所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该控制模块包括 一控制单元及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制所 述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
6. 如权利要求4所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该控制模块包括 一控制单元及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制所 述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
7. 如权利要求6所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包含一耦接于该磁性电容阵列的输出模块，用以将该磁性电容阵列所输出的供应电力稳压后 输出。
8. 如权利要求7所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包 含一耦接于该磁性电容阵列的输入模块，并接收一外部电源，该输入模块会将该外部电源 转换成所述磁性电容可接收的电压以供所述磁性电容充电用。
9. 如权利要求1所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于所述磁性电容更 具有一第一磁性电极、一第二磁性电极以及位于其间的一介电层，其中该第一磁性电极与 第二磁性电极是由具磁性的导电材料构成。
10. 如权利要求9所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该第一磁性电极 与该第二磁性电极中的至少一者具有一第一磁性层、一第二磁性层与一夹置于该第一磁性层与该第二磁性层间且可导电的非磁性材质的隔离层，该第一磁性层的磁耦极方向相反于 该第二磁性层的磁耦极方向。
11. 如权利要求IO所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该第一磁性电 极与第二磁性电极的材质为稀土元素，该介电层的材质为氧化钛或氧化钡钛或一半导体材 质。
12. —种具有可变电压输出的供电装置，可输出至少一供应电力；其特征在于 多数个磁性电容单元，每一个磁性电容单元皆包括一个具有一第一端及一第二端且用以储存电能的磁性电容，及一个与该磁性电容第一端与第二端连接的旁路开关，且所述磁 性电容单元相互串联组成至少一组磁性电容组；以及一控制模块，耦接于所述磁性电容组，该控制模块控制所述旁路开关的开启或关闭以 改变该供应电力的电压值。
13. 如权利要求12所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于所述磁性电容 单元相互串联组成多数组磁性电容组，且该供电装置更包含多数个第一开关，第一个两相 邻磁性电容组中两相邻磁性电容的第一端分别连接一个第一开关，该控制模块控制所述第 一开关的关闭可将所述磁性电容组并联输出。
14. 如权利要求13所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于每一磁性电容 单元更包括一个第二开关，该第二开关连接于该旁路开关与该磁性电容之间，且该第二开 关与该磁性电容串联并与该旁路开关并联。
15. 如权利要求12所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该控制模块包 括一控制单元及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制 所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
16. 如权利要求14所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该控制模块包 括一控制单元及一耦接于该控制单元的开关选择器，该控制单元会驱使该开关选择器控制 所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。
17. 如权利要求16所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还包含一耦接于该磁性电容阵列的输出模i央，用以将该磁性电容阵列所输出的供应电力稳压后输出，且根据控制单元决定以单电压及多电压其中之一的方式输出。
18. 如权利要求17所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该供电装置还 包含一耦接于该磁性电容阵列的输入模块，并接收一外部电源，该输入模块会将该外部电 源转换成所述磁性电容可接收的电压以供所述磁性电容充电用。
19. 如权利要求12所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于所述磁性电容更具有一第一磁性电极、一第二磁性电极以及位于其间的一介电层，其中该第一磁性电极 与第二磁性电极是由具磁性的导电材料构成，该第一磁性电极包含有多个成第一方向排列 的磁偶极，而该第二磁性层包含有多个成第二方向排列的磁偶极，该第一方向与该第二方 向相反。
20. 如权利要求19所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该第一磁性电极与该第二磁性电极中的至少之一具有一第一磁性层、一第二磁性层与一夹置于该第一磁 性层与该第二磁性层间且非磁性材质的隔离层，该第一磁性层的磁耦极方向相反于该第二 磁性层的磁耦极方向。
21.如权利要求20所述的具有可变电压输出的供电装置，其特征在于该第一磁性电 极与第二磁性电极的材质为稀土元素，该介电层的材质为氧化钛或氧化钡钛或一半导体材 质。
全文摘要
本发明是有关于一种具有可变电压输出的供电装置，可输出至少一供应电力，并包含多数个磁性电容单元及一控制模块，其中，每一个磁性电容单元皆包括一个具有一第一端及一第二端且用以储存电能的磁性电容，及一个与该磁性电容第一端与第二端连接的旁路开关，且所述磁性电容单元相互串联组成至少一组磁性电容组。而控制模块则耦接于所述磁性电容组，且控制所述旁路开关的开启或关闭以改变该供应电力的电压值。借由所述旁路开关的开启或关闭控制所述磁性电容的短路与否，来改变其输出的电压。
文档编号H02J15/00GK101752910SQ20081017899
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者周锦城, 郑青峰 申请人:光宝科技股份有限公司