專利名稱：：電力供應裝置的制作方法
技術領域：
：本發明是與用以提供電子裝置所需電力的電力供應裝置有關，尤指一種使用磁性電容(magneticcapacitor)作為儲能元件的電力供應裝置。技術背景隨著科技進步，各種可攜式電子產品已大量的充斥在日常生活之中，而由于可攜式電子裝置的重點即在于方便使用者隨身攜帶以及可隨處使用，因此，一般可攜式電子裝置普遍采用電池來作所需的電力供應來源。目前常見于可攜式電子裝置的電池普遍為化學能電池，亦即其能量主要以化學能的方式進行儲存，當使用時再通過化學反應來產生電流，例如鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及鋰電池等等，然而這些傳統電池，若不是有儲能能力不足的缺點，就是有使用上安全的限制。舉例來說，由于鋰電池具有體積小及能量儲存密度高的優點，故成為一般可攜式電子裝置偏好的電力供應來源，然而鋰電池由于其能量儲存密度高，而導致當電池產生過度充電及/或過度放電時，極可能遭受到電池自燃、爆裂或是電池劣化的問題，甚至可能因此危害到使用者的安全。因此，在可攜式電子裝置大量普及的同時，亟需提供兼顧體積考慮、儲能效率以及具有高度使用安全性的電力供應裝置，以解決目前可攜式電子裝置的電力供應裝置所面臨的問題。
發明內容因此，本發明的目的之一即在于提供一種電力供應裝置，其使用磁性電容作為儲能裝置，在提升電力供應裝置的效能的同時一并解決已知技術中化學電池所面臨的問題。根據本發明的實施例，其是揭露一種電力供應裝置，該電力供應裝置包含有磁性電容裝置以及保護電路。該磁性電容裝置包含有至少一磁性電容，該磁性電容裝置是以電位能的形式來儲存能量，并產生輸出電流；該保護電該磁性電容裝置的輸出電流超過臨界值。通過本發明所提供的實施例，先前技術所遭遇的問題可順利解決或避免，且可獲得技術上的優點或好處。前述是先概略地描述本發明的技術特征與優點以使后續的發明說明更加易于了解，而本發明額外的技術特征與相關細節描述將于后揭露，并隸屬于本發明申請專利范圍所主張的范疇。本領域技術人員應可了解本發明所揭露的概念與特定實施例可輕易地作為實現本發明相同目的的其它架構或流程的修改或設計基礎，此外，本領域技術人員亦可了解這些設計變化均未背離本發明精神與上述申請專利范圍所主張的范疇，故皆屬本發明的涵蓋范圍。圖1為本發明具有電力供應裝置的電子裝置的一實施例的示意圖。圖2所示為電子裝置100的保護電路105的一實施例的示意圖。圖3為本發明磁性電容與其它已知能量儲存媒介的儲能特性示意圖。圖4為根據本發明磁性電容的結構示意圖。圖5為圖4所示的第一磁性電極的結構示意圖。[主要元件標號說明]100電子裝置105電力供應裝置110磁性電容裝置120保護電路122檢測單元124控制單元126開關單元130直流/直流轉換140/磁性電容150負載裝置160第一-茲性電極162磁性層164隔離層163第三磁偶極166第二》茲性層167第四磁偶極165第一磁耦極170介電層180第二磁性電極185第二磁耦極191、192界面210傳統電容220超級電容230一般電池具體實施方式文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。由前述可知，本發明的目的之一即在于提供一種電力供應裝置，其采用磁性電容作為儲能元件，其是以電位能的形式來儲存能量，具有高儲能密度、長使用壽命、體積小且重量輕薄的特性，故可取代已知化學能電池，作為各種電子裝置的電力供應來源。請參閱圖1，圖1所示為本發明具有電力供應裝置105的電子裝置100的一實施例的示意圖。如圖l所示，電子裝置100包含有負載裝置150以及電力供應裝置105，電力供應裝置105用以供應負載裝置150所需的電力。此外，電力供應裝置105內包含有磁性電容裝置110、保護電路120以及直流/直流(DC/DC)轉換器130。在本實旃例中，磁性電容裝置110內包含有至少一磁性電容140,通過磁性電容140使得本發明的電力供應裝置100得以通過電4立能(electronicpotentialenergy)的開j式來4諸存能量，也t尤是i兌，本發明通過使用磁性電容140來作為電池，以提供一種使用電位能形式來儲能的電力供應裝置，而關于磁性電容的詳細說明將于后續發明說明中揭露之。接下來將詳細說明磁性電容裝置110的架構以及原理，請注意到，本篇說明書后續的揭露中，磁性電容裝置110包含有多個磁性電容140,不過此僅為說明之用而不為本發明的限制條件之一，也就是說，磁性電容140的數目并不為本發明的限制之一，任何使用；茲性電容140來作為儲能元件的電力供應裝置，皆屬于本發明的保護范疇之中。此外，根據本發明的一實施例而使用多個磁容電容140來構成磁性電容裝置110時，是利用半導體制程于硅基板上制作多個小尺寸的磁性電容140，并通過適當的金屬化制程，以根據設計需求于多個磁性電容14G之間形成電連接，以便提供具有所需特性的磁性電容裝置iio作為能量儲存裝置或外部裝置的電力供應來源。然而，磁性電容裝置110中磁性電容140間的耦接方式以及排列方式并不為本發明的限制條件之一，也就是說，根據不同的電壓或電容值需求，可使用適當的串聯或并聯形式，以滿足各種不同電子裝置的電力供應需求。這些相關設計變化亦符合本發明的精神，且隸屬于本發明的保護范疇之中。請參閱圖3,圖3所示為本發明的磁性電容140與其它已知能量儲存媒介的儲能特性示意圖。如圖3所示，磁性電容140是以電位能的方式來儲存6能量，相較于主要以化學能儲存的其它能量儲存媒介(例如傳統電池230或超級電容220)或傳統電容210,磁性電容140除了具備極佳的能量儲存密度以外，更具有極高的功率密度(如圖所示)。此外，由于其充分保有電容的特性，相較于其它已知化學性儲能裝置，本發明的磁性電容140還具有壽命長(高充方文電次數)、無存儲效應、可進行高功率輸出及快速充放電等特點。換句話說，本發明的電力供應裝置105的一技術特征在于使用一個或多個石茲性電容140來構成能量儲存裝置Q茲性電容裝置110)以作為負載裝置150的電力來源。相較于一般電容，磁性電容140是通過于上、下電極處形成的;茲場來調整其內自旋電子構成的^f茲耦極，如此一來，可達到抑制^t性電容140的漏電流與提升極佳的能量儲存密度，以實現極佳的能量儲存裝置及/或電力供應來源。進一步說明磁性電容的操作原理如下。物質在一定磁場產生電阻值變化的現象，即稱為r磁阻效應」，一般而言，許多磁性金屬和合金材料都有這種磁電阻現象。在大多數的情況下，物質的電阻率在磁場中僅會輕微地減小，然而，在某些物理條件下，電阻率會產生巨幅的減小，其所減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻值高出10倍以上，稱為r巨磁阻效應」(GMR)。進一步結合Maxwell-Wagner電路模型，磁性顆粒復合介質中也可能產生所謂的龐磁電容(Colossalmagnetocapacitance，CMC)效應或巨磁電容(Giantmagnetocapacitance,GMC)效應。請參照第1式，第1式描述了傳統電容的電容值C與其相關系數的關系式。^(l)如第1式所述，對傳統電容而言，其電容值C是由電容的面積A、介電層的介電常數f。^及厚度d決定。對于本發明的磁性電容140而言，主要利用整齊排列的磁偶極于磁性電容140的上、下磁性電極來形成磁場，使內部儲存的電子朝同一自旋方向轉動來進行整齊的排列，因而達到可于磁性電容140中容納更多的電荷而大幅增進能量的儲存密度。相較于于傳統電容，磁性電容140相當于通過磁場作用來改變介電層130的介電常數，達到電容值的大幅提升的目的請同時參閱圖4以及圖1，圖4所示為根據本發明磁性電容140的結構示意圖。如圖4所示，磁性電容140包含有第一^茲性電極160、第二磁性電極180以及位于其間的介電層170。其中第一磁性電極160與第二磁性電極180是由具磁性的導電材料所構成，通過對第一、第二石茲性電極120施加適當的外加電場以進行磁化，使得第一磁性電極160與第二磁性電極180內分別產生第一》茲偶極(magneticdipole)165與第二磁耦極185，以于磁性電容140內部構成磁場而對帶電粒子的移動造成影響，從而抑制磁性電容140的漏電流。至于介電層170,則是用來分隔第一磁性電極160與第二磁性電極180，以于第一磁性電極160與第二磁性電極180處累積電荷而儲存電位能。此外，在本實施例中，第一磁性電極160與介電層170之間的界面191,以及第二磁性電極180與介電層170間的界面192均為不平坦的表面，以通過增加介電層170的面積A的方式來進一步增進》茲性電容140的電容值。請繼續參閱圖4,在本實施例中，第一磁偶極165與第二磁耦極185的方向僅為說明之用而不為本發明的限制條件之一，對本領域技術人員而言，應可了解到第一磁偶極165與第二磁耦極185實際上是由多個整齊排列的微小磁偶極所迭加而成，此外，在本發明的其它實施例中，亦可使用具有其它不同方向的第一磁偶極165與第二磁耦極185來產生不同的磁場。也就是說，第一磁偶極165與第二-茲耦極185最后形成的方向并不為本發明的限制條件之一，亦即，隨著不同的設計需求，第一磁偶極165與第二磁耦極185可指向同一方向或不同方向(如圖4的實施例所示)，而這些相關設計變化亦符合本發明的精神，且隸屬于本發明的保護范疇之中。詳細來說，對于f茲性電容140而言，第一》茲性電極160與第二磁性電極180可由稀土元素或其它》茲性導電材質構成，而介電層170可由氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或半導體層(如氧化硅(siliconoxide))構成，然而這僅為說明之用而不為本發明的限制條件之一。在本發明的其它實施例中，亦可依據不同的設計需求而采用不同的材質來構成第一^t性電極160、第二磁性電極180與介電層170,而這些相關設計變化亦符合本發明的精神，且隸屬于本發明的保護范疇之中。請一并參閱圖5以及圖4，圖5為圖4所示的^f茲性電容140中第一磁性電極160的結構示意圖。在本實施例中，》茲性電極可單純地以導電材質來構成單層結構，然而，^茲性電極亦可以多層結構來加以實現，以第一^f茲性電極160為例，在本實施例中，第一》茲性電極160為多層結構，包含有第一》茲性層162、隔離層164以及第二磁性層166,其中隔離層164是由非磁性材料所構成，而第一磁性層162與第二磁性層166則包含有具磁性的導電材料，并在磁化時，通過適當的外加電場使得第一磁性層162與第二磁性層164中的第三磁偶極163與第四磁偶極167分別具有不同的方向，比方說，第三磁偶極163與第四磁偶極167的方向為彼此反向。通過調整第一磁性電極160中第三》茲偶才及163與第四磁偶才及167,可抑制磁性電容的漏電流。然而，第三;茲偶極163與第四》茲偶極167的方向僅為說明之用而不為本發明的限制條件之一。此外，在本發明的其它實施例中，亦可依據不同的設計需求來調整第一磁性電極160的結構。也就是說第一磁性電極160的結構，并不限于前述的三層結構，而可使用多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆棧，再通過各磁性層內磁偶極方向的調整來進一步抑制磁性電容140的漏電流，而經由適當的調整，則可使得磁性電容140的漏電流趨近于零。前述這些相關設計變化皆遵守本發明的精神，并落于本發明的保護范疇之中。基于前述的揭露，本領域技術人員可推知第二磁性電極180的結構及其設計原理。由于磁性電極的內部結構已詳細揭露如上，在此便不再贅述。請繼續參閱圖1，相較于已知化學能電池，由于本發明的電力供應裝置105是采用磁性電容裝置110作為儲能元件，其具有極佳的能量儲存密度、極高的功率密度，且可進行高功率輸出及快速充放電。因此一旦發生短路狀況時，不僅是會因持續放電而造成電力損耗，更會在短時間內將所儲存的電位能全部釋放，而產生瞬間的大電流輸出，故可能會導致外圍電路元件損毀。因此，如圖1所示，耦接至磁性電容裝置110的保護電路120即是用以解決此問題，通過保護電路120的運作以避免磁性電容裝置110產生異常(過大)的輸出電流而損害其它電路元件。舉例來說，在本發明的其它實施例中，可根據產品的安全設計需求，在電力供應裝置105內預設有臨界值，一旦》茲性電容裝置110的輸出電流超過此臨界值(亦即過電流/短路的發生)，則保護電路120會將電路斷開，停止磁性電容裝置110的供電運作，藉此避免過大的輸出電流流至電子裝置100的其它元件而導致電子裝置100中的其它元件受到傷害。也就是說，保護電路120可避免負載裝置150遭受短路電流的沖擊而受到損害。請參閱圖2,圖2所示為電子裝置100的保護電路105的一實施例的示9意圖。如圖2所示，保護電路120之內可包含有檢測單元122(例如過電流檢測器)、控制單元124以及開關單元126。檢測單元122檢測磁性電容裝置110的狀態并將檢測結果告知控制單元124，因此當電力供應裝置105處于異常狀態而產生一個超過預設臨界值(過大)的輸出電流(如電力供應裝置105由于正負極遭金屬物誤觸而產生過電流或短路電流產生)時，檢測單元122將輸出檢測信號以告知控制單元124(例如控制邏輯電路)，則控制單元124可進一歩切換開關單元126的導通狀態來中斷磁性電容裝置110的放電，亦即，控制單元124于檢測單元122檢測到過電流時會控制開關單元126來斷開磁性電容裝置110與負載裝置之間的電路回路，一方面避免磁性電容裝置110持續放電，另一方面避免所產生的大輸出電流對周邊元件造成損害而影響電子裝置100的運作。值得注意的是本發明的中保護電路120并不限于使用前述實施例中的電路架構，而可通過各種適當的電路元件或其組合來限制電流，以達到防護的效果。舉例來說，在本發明的一實施例中，保護電路120可包含有電流限制元件，例如熔絲(fuse),當磁性電容裝置100的輸出電流超過默認值(臨界值)時，熔絲則會自動熔斷，藉此達到限制電流以保護電子裝置100的目的。除此之外，在本發明的另一實施例中，保護電路120包含有自復式(resettable)電流限制元件，例如熱，敏電阻(ThermalResistor),^吏其在大電流發生時斷開，而之后又可自動恢復，進行正常操作。請繼續參閱圖1,在本實施例中，直流/直流(DC/DC)轉換器130耦接于磁性電容裝置110以及負載裝置150，直流/直流轉換器130用以將由磁性電容裝置110所輸出的第一直流電平V01轉換為第二直流電平V02,以滿足負載裝置150的電力需求。舉例來說，當負載裝置150所需的供應電壓的電壓電平(其為直流電壓值)V02高于磁性電容裝置110的輸出電壓的電壓電平(其為直流電壓值)VOl時，直流/直流轉換器130則可轉換輸出電壓的電壓電平，將其由較低的第一直流電平VOl轉換為負載裝置150所需的較高的第二直流電平V02。反之亦然，若耦接于電力供應裝置105的負載裝置150所需的供應電壓V02低于^F茲性電容裝置110的輸出電壓的電壓電平VOl時，直流/直流轉換器130則可調整輸出電壓的電壓電平，將其由較高的第一直流電平V01轉換為具有較低電壓值的第二直流電平V02。請注意到，雖然在前述的揭露中，本發明提供的電力供應裝置105包含有磁性電容裝置110、保護電路120以及直流/直流轉換器130,然而這并不為本發明的限制條件之一。在電力供應裝置105中亦可能包含有其它電路架構，比方說對磁性電容裝置110進行充電的充電電路(未顯示)。.在閱讀前述的揭露之后，本領域技術人員亦可推得其它的相關設計變化，例如其它雷同于本發明的精神以使用磁性電容140于電力供應裝置105中的架構，亦屬于本發明的保護范疇之中。此外，本發明的范疇并不受限于上述實施例所揭露的程序、裝置、制程、組合、對象、方法或步驟，而本領域技術人員應可了解，本發明所揭露的程序、裝置、制程、組合、對象、方法或步驟，無論其是現有的或是正在開發的，如果是可以達到和本發明所述的實施例大致上同樣的功能或結果均可為本發明實施例所采用，因此，本發明的權利要求范圍是包含了上述所揭露的程序、裝置、制程、組合、對象、方法或步驟。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。權利要求1.一種電力供應裝置，用以提供輸出電流至負載裝置，其包含有磁性電容裝置，包含有至少一磁性電容，其以電位能的形式來儲存能量，用以產生該輸出電流；以及保護電路，耦接至該磁性電容裝置，用以防止該磁性電容裝置的該輸出電流超過臨界值。2.根據權利要求1所述的電力供應裝置，其另包含有直流/直流轉換器，耦接至該磁性電容裝置與該負載裝置，用以將該磁性電容裝置所輸出的第一直流電平轉換為第二直流電平，以作為該負載裝置所需的電源，其中該第一直流電平是相異于該第二直流電平。3.根據權利要求1所述的電力供應裝置，其中該磁性電容裝置包含有多個》茲性電容，該多個^茲性電容包含有以串聯方式或并聯方式電連接的磁性電容。4.根據權利要求1所述的電力供應裝置，其中該磁性電容包含有第一磁性電極，其是由具有磁性的導電材料構成，用以形成第一磁偶極；第二磁性電極，其是由具有磁性的導電材料構成，用以形成具有第二石茲偶才及；以及介電層，設置于該第一磁性電極與該第二磁性電極之間，其中該第一^f茲偶極的方向是相異于該第二磁偶極的方向。5.根據權利要求4所述的電力供應裝置，其中該第一磁性電極包含有第一磁性層，其是由具磁性的導電材料構成，用以形成具有第三磁偶極；第二磁性層，其是由具磁性的導電材料構成，用以形成第四磁偶極；以及隔離層，其是由非磁性物質所構成并設置于該第一磁性層與該第二磁性層之間，其中該第一磁偶極是由該第三磁偶極與該第四磁偶極所構成，其中該第三磁偶極的方向是相異于該第四磁偶極的方向。6.根據權利要求4所述的電力供應裝置，其中該第一、第二磁性電極中至少其一與該介電層的界面為不平坦的表面。7.根據權利要求1所述的電力供應裝置，其中該保護電路包含有才企測單元，用以4企測該》茲性電容裝置的該輸出電流以產生^r測信號；控制單元，用以根據該檢測信號來選擇性地輸出控制信號；以及開關單元，用以根據該控制信號來決定是否開啟或關閉該磁性電容裝置與該負載裝置之間的電路回路。8.根據權利要求1所述的電力供應裝置，其中該保護電路包含有電流限制元件。9.根據權利要求8所述的電力供應裝置，其中該電流限制元件為熔絲。10.根據權利要求8所述的電力供應裝置，其中該電流限制元件為自復式電流限制元件。全文摘要本發明是提供一種電力供應裝置，其包含有磁性電容裝置以及保護電路。該磁性電容裝置包含有至少一磁性電容，且該磁性電容裝置是以電位能的形式來儲存能量。該保護電路耦接至該磁性電容裝置，用以防止該磁性電容裝置的輸出電流超過臨界值。文檔編號H02J15/00GK101630868SQ20081013385公開日2010年1月20日申請日期2008年7月17日優先權日2008年7月17日發明者周錦城,曹旭明申請人:光寶科技股份有限公司