专利名称：直流交流变频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流交流变频器，尤其涉及一种由电压输出电路与一输出开关所组成的直流交流变频器。
背景技术：
一般而言，直流交流变频器包含有一变压器，在某些应用中(例如液晶电视)，其所需的变压器的体积极大使得直流交流转换器的体积也很大，虽然目前直流交流转换器多半采用开关式变压器(switchadapter)，但仍无法大幅地减少直流交流转换器的体积。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种根据一直流输入来交替地输出一第一电压与一第二电压以产生一交流输出的直流交流变频器。
依据本发明的实施例，其公开一种直流交流变频器。该直流交流变频器包含有 一第一电压输出电路，用以根据一直流输入来提供一第一电压，其中该第 一 电压输出电路包含有一第 一磁性电容电池模块，且该第 一磁性电容电池模块包含有至少一磁性电容； 一第二电压输出电路，用以根据该直流输入来提供不同于该第一电压的一第二电压，其中该第二电压输出电路包含有至少 一第二磁性电容电池模块，且该第二磁性电容电池模块包含有至少一-兹性电容； 一输出开关，耦接于该第一电压输出电路与该第二电压输出电路；以及一开关控制器，耦接于该输出开关，用以控制该输出开关来交替地输出该第一电压与该第二电压以产生一交流输出。
根据上述实施例可知，本发明的直流交流变频器不需使用变压器，因此可大幅减少直流交流变频器的体积。
图1为本发明直流交流变频器的第一实施的功能方块图。
4图2为本发明的一it性电容的结构示意图。
图3为本发明的磁性电容与其他已知能量存储媒介的比较4为图2所示的第一^兹性电极的一实施例的结构示意图。图5为本发明的磁性电容电池模块的一实施例的示意图。主要元件符号说明
100
110
120
122、
130
134
140
150
160
170
200
210、
215、
230
412、
414
132
220
225、 413、 417416
直流交流变频器输入开关
第一电压输出电路磁性电容电池模块第二电压输出电路
反相器
输出开关
开关控制器
电压转换器
波形整形电路
石兹性电容
/磁性电扨_
磁偶极
介电层
磁性层
隔离层
具体实施例方式
在本申请说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及所附的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及所附的权利要求书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」 一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，如果文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。请参考图1，图1为本发明直流交流变频器100的第一实施的功能方块图。直流交流变频器100用来将一直流输入DC转换成一交流输出AC,并 包含有一输入开关110、 一第一电压输出电路120、 一第二电压输出电路 130、 一输出开关140、 一开关控制器150、 一电压转换器(voltage converter) 160以及一波形整形电路(wave shaping circuit )170。如图1所示，输入开关IIO耦接于第一电压输出电路120与第二电压 输出电路130;开关控制器150耦接于输入开关110，用来控制输入开关110 以将输入直流交流变频器100的直流输入DC交替地(alternatively)输入 至第一电压输出电路120与第二电压输出电路130;第一电压输出电路120 系用来根据直流输入DC提供一 第一电压V1;第二电压输出电路130系用 来根据直流输入DC提供不同于第一电压VI的一第二电压V2;输出开关 140耦接于第一电压输出电路120与第二电压输出电路130;开关控制器150 另耦接于输出开关140,用来控制输出开关140来交替地输出第一电压VI 与第二电压V2以产生一方波输出；电压转换器160耦接于输入开关110, 用来调整输入至第一、第二电压输出电路120、 130的直流输入的电压值， 在本实施例中，电压转换器160以一直流/直流转换器(DC-DC converter) 来实际操作；波形整形电路170耦接于输出开关140,用来将该方波输出转 换为一弦波输出，该弦波输出即为直流交流变频器100的交流输出AC。以 下将对直流交流变频器IOO做进一步的说明，然而，此仅作为范例说明， 而并非为本发明的限制。在直流交流变频器100中，第一电压输出电路120包含有一第一磁性 电容电池模块122,第二电压输出电路130包含有一第二磁性电容电池模块 132以及串接于第二磁性电容电池模块132的一反相器(inverter) 134。当 输入开关110耦接于第一电压输出电路120时， 一直流输入DC便被输入 第一电压输出电路120来对第一磁性电容电池模块122充电；当输入开关 IIO耦接于第二电压输出电路130时，直流输入DC便被输入第二电压输出 电路130来对第二磁性电容电池模块132充电；如此一来，开关控制器150 便可通过控制输入开关110来交替地对第一、第二磁性电容电池模块122、 124充电。另一方面，当输出开关140耦接于第一电压输出电路120时，第 一磁性电容电池模块122便放电产生一正脉沖(positive pulse )，而第一电压输出电路120便输出该正脉冲作为第 一电压VI;当输出开关140耦接于 第二电压输出电路130时，第二磁性电容电池才莫块132便放电产生一正脉 冲，该正脉冲经过反相器134转换为 一 负脉冲(negative pulse ),而第二电 压输出电路130便输出该负脉冲作为第一二电压V2;如此一来，开关控制 器150便可通过控制输出开关140来交替地输出正负脉冲(亦即第一、 第二电压V1、 V2)以产生一方波输出。由于电压转换器160与波形整形电 路170的运作均为已知技术，因此相关说明便在此省略。在第一电压输出电路120中，第一磁性电容电池模块122包含有至少 一磁性电容(magnetic capacitor);相同地，在第二电压输出电路130，第 二磁性电容电池模块132包含有至少一磁性电容，以下将对针对磁性电容 做进一步的说明。请参阅图2，图2为本发明的一^兹性电容200的结构示意图。如图2 所示，磁性电容200包含有一第一磁性电极210、 一第二磁性电极220以及 位于其间的 一介电层230。第 一磁性电极210与第二磁性电极220均由具有 磁性的导电材料所构成，包含有一磁性导电材质(例如稀土元素)，并通 过适当的外加电场对第一、第二石兹性电极210、 220进行;兹化，使第一、第 二磁性电极210、 220内分另'J形成磁偶极(magnetic dipole) 215、 225，磁 偶极215、 225能在磁性电容200内部形成一磁场，该磁场可影响带电粒子 的移动，从而抑制磁性电容200的漏电流；介电层230由一介电材质(例 如氧化钛(Ti03)、氧化钡钛(BaTi03))或一半导体材料(例如氧化硅(silicon oxide))所构成，用来分隔第 一磁性电极210与第二磁性电极220,以在第 一磁性电极210与第二磁性电极220处累积电荷而存储电位能。以下将针 对磁性电容的操作原理作进一步说明。磁性电容200主要利用整齐排列的磁偶极215、 225来形成磁场，使第 一磁性电极210与第二磁性电极220内部所存储的电子各自朝一自旋方向 转动而整齐排列，故可存储大量的电荷，进而大幅增加能量存储密度。请 注意，图2所示的磁偶极215、 225分别指向相反的方向，然而，此并非为 本发明的限制，实际操作上，磁偶极215与225的方向并无限定，举例来 说，^磁偶极215与225亦可指向一相同方向。已知电容的电容值C由电容的面积A、介电层的介电常数e。、 &及 度d决定，请参考下式相较于已知电容，磁性电容200相当于通过石兹场的作用来改变介电层 230的介电常数以提升其电容值；此外，在本发明的一实施例中，第一磁性 电极210与介电层230间的一第一界面231以及第二石兹性电极220与介电 层230间的一第二界面232均为一不平坦的表面，因而通过增加表面积A 的来进一步提升磁性电容200的电容值。请参阅图3,图3为本发明的磁性电容与其他已知能量存储媒介的比较 图。由图3可知，相较于传统电容与超级电容，^磁性电容具有相当高的能 量存储密度。请参阅图4，图4为图2所示的第一磁性电极210的一实施例的结构示 意图。如图4所示，第一磁性电极210为一三层结构，包含有一第一磁性 层412、 一隔离层414以及一第二磁性层416,其中，隔离层414由非磁性 材料所构成，而第一磁性层412与第二磁性层416则包含有具磁性的导电 材料，并通过不同的外加电场对第一、第二石兹性层412、 416进行磁化，使 其第一、第二磁性层412、 416内分别形成磁偶极413、 417,磁偶极413、 417 —起构成第 一磁性电极210的磁偶极215 。在本发明之一优选实施例中， 磁偶极413、 417分别指向相反的方向(如图4所示)，以抑制磁性电容200 的漏电流。请注意，第一磁性电极210的结构并不限于前述的三层结构(第一、 第二磁性层412、 416与一隔离层414)，在本发明其他实施例中，第一磁性 电极210可为一多层结构，更明确地说，第一磁性电极210可由多个磁性 层与多个隔离层不断交错堆迭而组成，再通过调整各磁性层的磁偶极方向来抑制磁性电容200的漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果，而此一设 计变化亦隶属于本发明的范畴。此外，第二磁性电极220的结构可采用上 述任何第一磁性电极210的结构，因此为求说明书内容简洁起见，第二磁 性电极220的结构的详细说明便在此省略。请参阅图5,图5为本发明的石兹性电容电池^^莫块122 ( 132)的一实施 例的示意图。如图5所示，磁性电容电池模块122 ( 132 )包含有多个磁性 电容200，其以一阵列的方式而互相电连接，然而，此并非为本发明的限制， 实际操作上，多个磁性电容可以串联或并联的方式来互相电连接，以满足各种的电力供应需求。在本实施例中，磁性电容电池模块122 ( 132)利用 半导体制程在一硅基板上制作多个小尺寸的磁性电容200，并通过适当的金 属化制程来电连接多个磁性电容200所构成。请注意，在直流交流变频器100中，反相器134耦接于第二磁性电容 电池模块132与输出开关140之间，然而本发明并不以此为限。举例来说， 在本发明的另一实施例中，反相器134可耦接于输入开关110与第二磁性 电容电池模块132之间，用来将输入第二电压输出电路130的直流输入DC 反相后再对第二磁性电容电池模块132充电，如此一来，当输出开关140 耦接于第二电压输出电路130时，第二磁性电容电池模块132放电时便产 生一负脉冲，而第二电压输出电路130便输出该负脉冲作为第二电压V2。此外，在本发明中，第一电压输出电路120包含有第一磁性电容电池 模块122,第二电压输出电路130包含有第二磁性电容电池模块132以及串 接于第二磁性电容电池模块132的反相器134,然而，本发明并不以此为限， 实际操作上，任何利用磁性电容电池模块来产生正负脉沖的电压输出电路 均隶属于本发明的范围。请注意，在直流交流变频器100中，电压转换器160耦接于输入开关 110，然而本发明并不以此为限，实际操作上，电压转换器160可依设计需 求而设置于直流交流变频器100中的任何位置。举例来说，在本发明的另 一实施例中，电压转换器160可耦接于输出开关140与波形整形电路170 之间，用来调整输出开关140所输出的方波输出的电压值，在此实施例中， 电压转换器160以一直流/直流转换器(DC-DC converter)来实际操作；在 本发明的另一实施例中，电压转换器160可耦接于波形整形电路170,用来 调整波形整形电路170所输出的弦波输出的电压值，在此实施例中，电压 转换器160以一交流/交流转换器(AC-AC converter)来实际操作。请注意，在本发明中，输入开关110为一非必要(optional)元件，换 句话说，直流输入DC可直接输出至第一电压输出电路120与第二电压输 出电路130，来同时对第一、第二电压输出电^各120、 130充电。此外，在 本发明中，波形整形电路170亦为一非必要元件，换句话说，输出开关140 的方波输出可直接作为直流交流变频器100的交流输出AC。相较于已知技术，由于本发明的直流交流变频器不需使用变压器而是 利用磁性电容来将一直流输入转换成一交流输出，因此可大幅减少直流交9流变频器的体积，有利于符合各种产品的设计需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求书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
1.一种直流交流变频器，包含有一第一电压输出电路，用以根据一直流输入来提供一第一电压，其中该第一电压输出电路包含有一第一磁性电容电池模块，且该第一磁性电容电池模块包含有至少一磁性电容；一第二电压输出电路，用以根据该直流输入来提供不同于该第一电压的一第二电压，其中该第二电压输出电路包含有至少一第二磁性电容电池模块，且该第二磁性电容电池模块包含有至少一磁性电容；一输出开关，耦接于该第一电压输出电路与该第二电压输出电路；以及一开关控制器，耦接于该输出开关，用以控制该输出开关来交替地输出该第一电压与该第二电压以产生一交流输出。
2. 如权利要求i所述的直流交流变频器，另包含有一电压转换器，耦 接于该输出开关，用以调整该输出开关所输出的该交流输出的电压值。
3. 如权利要求1所述的直流交流变频器，其中该交流输出为一方波输 出，以及该直流交流变频器另包含有一波形整形电路，耦接于该输出开关，用以将该方波输出转换为一弦 波输出。
4. 如权利要求3所述的直流交流变频器，另包含有一电压转换器，耦 接于该波形整形电路，用以调整该波形整形电路所输出的该弦波输出的电 压值。
5. 如权利要求1所述的直流交流变频器，其中该第一磁性电容电池模 块依据该直流输入而产生该第一电压，该第二电压输出电路另包含有串接 于该第二磁性电容电池模块的 一反相器，以及该第二磁性电容电池模块与 该反相器依据该直流输入来产生该第二电压。
6. 如权利要求1所述的直流交流变频器，另包含有一输入开关，耦接 于该开关控制器、该第一电压输出电路与该第二电压输出电路，其中该开 关控制器另控制该输入开关以将该直流输入交替地输入至该第 一 电压输出 电路与该第二电压输出电路。
7. 如权利要求1所述的直流交流变频器，另包含有一电压转换器，耦接于该第一、第二电压输出电路，用以调整输入至该第一、第二电压输出 电路的该直流输入的电压值。
8. 如权利要求1所述的直流交流变频器，其中该第一、第二磁性电容电池模块中至少其一 包含有多个磁性电容。
9. 如权利要求8所述的直流交流变频器，其中该多个磁性电容包含有 以串联方式或以并联方式电连接的磁性电容。
10. 如权利要求1所述的直流交流变频器，其中该第一磁性电容电池模 块的该磁性电容与该第二磁性电容电池模块的该磁性电容中至少其一包含有一第一磁性电极，其由具有磁性的导电材料构成，用以形成一第一磁 偶极；一第二磁性电极，其由具有磁性的导电材料构成，用以形成具有一第 二石兹偶才及；以及一介电层，设置于该第一》兹性电极与该第二,兹性电极之间。
11. 如权利要求10所述的直流交流变频器，其中该第一磁偶极的方向相 异于该第二磁偶极的方向。
12. 如权利要求10所述的直流交流变频器，其中该第一磁性电极包含有一第一磁性层，其由具磁性的导电材料构成，用以形成具有一第三磁 偶极；一第二磁性层，其由具磁性的导电材料构成，用以形成一第四磁偶极；以及一隔离层，其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 一磁偶极由该第三磁偶极与该第四磁偶极所构成。
13. 如权利要求12所述的直流交流变频器，其中该第三磁偶极的方向 相异于该第四磁偶极的方向。
全文摘要
本发明提供一种直流交流变频器，其包含有一第一电压输出电路、一第二电压输出电路、一输出开关以及一开关控制器。该第一、第二电压输出电路用以根据一直流输入来分别提供一第一电压与一第二电压，其中该第一电压输出电路包含有一第一磁性电容电池模块，包含有至少一磁性电容，该第二电压输出电路包含有至少一第二磁性电容电池模块，包含有至少一磁性电容；该输出开关耦接于该第一、第二电压输出电路；该开关控制器耦接于该输出开关，用以控制该输出开关来交替地输出该第一电压与该第二电压以产生一交流输出。
文档编号H02M7/44GK101662225SQ20081021116
公开日2010年3月3日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者郑青峰 申请人:光宝科技股份有限公司