电源供应装置

摘要

本发明公开了一种电源供应装置，包括一储能单元、一第一电阻网络、一第一开关单元以及一控制单元。储能单元包括至少一磁性电容，磁性电容具有一第一端以及一第二端，其中储能单元从第一端提供一参考电压；第一电阻网络耦接于第一端以及第二端之间；第一开关单元耦接于第一电阻网络；控制单元耦接第一开关单元，用以控制第一开关单元的状态；其中，电源供应装置将参考电压分压，并根据第一开关单元的导通状态来输出多个工作电压。

权利要求

1.一种电源供应装置，其特征在于，包括有：一储能单元，其包括至少一磁性电容，用以储存电位能，该磁性电容具有一第一端以及一第二端，其中该储能单元从该第一端提供一参考电压；

一第一电阻网络，其耦接于该第一端以及该第二端之间，其中该第一电阻网络包括多个第一电阻组件，该等第一电阻组件两两串联地耦接；

一第一开关单元，耦接于该第一电阻网络，包括有多个第一开关组件；以及一控制单元，耦接每一该第一开关组件，用以控制该第一开关组件的状态；

其中，该电源供应装置将该参考电压分压，并根据该第一开关组件的导通状态来输出多个工作电压。

2.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，还包括：一比较器，其具有一正端、一负端以及一输出端，该正端耦接于该第一端，该负端耦接于该第二端，其中该储能单元从该第二端提供一可变电压；以及一MOS晶体管，耦接于该输出端，用以根据该比较器的比较结果来决定导通与否；

其中，若该MOS晶体管导通，则输出一第一分压。

3.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于，若该可变电压小于该参考电压，则该MOS晶体管导通，反之则该MOS晶体管截断。

4.如权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于，还包括：至少一第二电阻网络，耦接于该第一电阻网络，其中该第二电阻网络包括多个第二电阻组件，该等第二电阻组件两两串联地耦接；以及；

至少一第二开关单元，耦接于该第二电阻网络，包括有多个第二开关组件；

其中，该控制单元耦接每一该第二开关组件，用以控制该第二开关组件的状态，进而使该电源供应装置根据该第一开关组件以及该第二开关组件的导通状态来输出一第二分压。

5.如权利要求4所述的电源供应装置，其特征在于，该第一开关组件以及该第二开关组件的导通状态会决定该等第一电阻组件以及该等第二电阻组件为并联或串联地耦接。

6.如权利要求4所述的电源供应装置，其特征在于，该第一分压以及该第二分压即为该工作电压。

7.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该电源供应装置外接一充电模块，用以对该储能单元充电。

8.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，该磁性电容包括有：一第一磁性电极；

一第二磁性电极；以及

一介电层，设置于该第一磁性电极以及该第二磁性电极之间；

其中，该第一磁性电极与该第二磁性电极内分别具有磁偶极，用以抑制该磁性电容的漏电流。

9.如权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该太阳能蓄电系统包含有多个磁性电容，且各该磁性电容系两两互相串连或并联地耦接。

10.如权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，该第一磁性电极包括有：一第一磁性层，具有排列成一第一方向的磁偶极；

一第二磁性层，具有排列成一第二方向的磁偶极；以及一隔离层，其设置于该第一磁性层以及该第二磁性层之间；

其中，该第一方向与该第二方向互为反向，用以抑制该磁性电容的漏电流。

说明书

电源供应装置

技术领域

[0001] 本发明关于一种电路，尤指一种电源供应装置。

背景技术

[0002] 目前的电源供应装置大多设置了分压电路来输出多个电压，一般的分压电路需要具备一提供电力的电压源，如蓄电池，其提供的电压进行分压后，可视需求提供给不同的负载使用，并避免电路中流经的电流过大而损毁电路。然而，坊间所使用的蓄电池，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。

[0003] 又，若是利用多颗蓄电池来增加储存电能，则将造成分压电路的结构复杂、空间过于庞大、成本昂贵等现象。

[0004] 因此，如何能将电压分成多组分压输出，又不增加分压电路的复杂度及成本，为目前尚待研究的一大课题。

发明内容

[0005] 本发明所欲解决的技术问题在于，提出一种电源供应装置，以一磁性电容(magnetic capacitor)作为具多电压输出的电源供应装置的供电来源，以能提高每次储能的容量以及减少充放电次数，如此简化了电路结构，并降低成本。

[0006] 本发明的目的还在于提供一种电源供应装置，以提升充放电次数以及充放电效能。

[0007] 本发明的另一目的在于提供一种电源供应装置，以降低电源供应装置的复杂度及开发成本。

[0008] 本发明的另一目的在于提供一种应用具有能量储存密度高、重量轻、储能容量大、使用寿命长等优点的电能供应组件的电源供应装置。

[0009] 本发明公开了一种电源供应装置，其包括有一储能单元、一第一电阻网络、一第一开关单元以及一控制单元。储能单元包括至少一磁性电容，电容具有一第一端以及一第二端，其中储能单元从第一端提供一参考电压；第一电阻网络耦接于第一端以及第二端之间，其中第一电阻网络包括多个第一电阻组件，第一电阻组件两两串联地耦接；第一开关单元耦接于第一电阻网络，包括有多个第一开关组件；控制单元耦接每一第一开关组件，用以控制第一开关组件的状态；其中，电源供应装置将参考电压分压，并根据第一开关组件的导通状态来输出多个工作电压。

[0010] 于本发明的一具体实施例中，所述的电源供应装置还包括一比较器以及一MOS晶体管。比较器具有一正端、一负端以及一输出端，正端耦接于第一端，负端耦接于第二端，其中储能单元从第二端提供一可变电压。MOS晶体管耦接于输出端，用以根据比较器的比较结果来决定导通与否。其中，若MOS晶体管导通，则输出一第一分压。

[0011] 于本发明的一具体实施例中，所述的电源供应装置还包括至少一第二电阻网络以及至少一第二开关单元。第二电阻网络耦接于第一电阻网络，其中第二电阻网络包括多个第二电阻组件，第二电阻组件两两串联地耦接；第二开关单元耦接于该第二电阻网络，包括有多个第二开关组件；其中，控制单元耦接每一第二开关组件，用以控制第二开关组件的状态，第一开关组件以及该第二开关组件的导通状态会决定第一电阻组件以及第二电阻组件彼此间为并联或串联地耦接，进而使电源供应装置根据第一开关组件以及第二开关组件的导通状态来输出一第二分压。

[0012] 于本发明的一具体实施例中，所述的磁性电容包含有一第一磁性电极、一第二磁性电极以及一介电层。介电层设置于第一磁性电极以及第二磁性电极之间。其中，第一磁性电极与第二磁性电极内分别具有磁偶极(magneticdipole)，用以抑制磁性电容的漏电流。

[0013] 通过前述技术方案，本发明利用磁性电容来作为电源供应装置的供电来源，将电压分压后提供给负载端使用，利用磁性电容的储能特性，进而避免成本、空间的浪费，以及提升充放电次数与效能。

[0014] 以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。然附图所示仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

[0015] 图1为本发明所公开的电源供应装置的一具体实施例的系统结构图；

[0016] 图2为本发明所公开的储能单元与其它习知能量储存媒介的比较示意图；

[0017] 图3为本发明所公开的磁性电容的一具体实施例的结构示意图；

[0018] 图4为本发明所公开的第一磁性电极的一具体实施例的结构示意图；以及[0019] 图5为本发明所公开的磁性电容组的一具体实施例的示意图。

[0020] 其中，附图标记：

[0021] 10：电源供应装置 1：储能单元

[0022] 2：磁性电容 11：第一端

[0023] 13：第二端 3：比较器

[0024] 5：MOS晶体管 R11：第一电阻网络

[0025] R1、R2、R3：第一电阻组件 SW11：第一开关单元

[0026] SW1、SW2：第一开关组件 R22：第二电阻网络

[0027] R4、R5：第二电阻组件 SW22：第二开关单元

[0028] SW3、SW4：第二开关组件 7：控制单元

[0029] VR：参考电压 V：可变电压

[0030] V1：第一分压 V2：第二分压

[0031] 20：充电模块 21：第一磁性电极

[0032] 23：介电层 25：第二磁性电极

[0033] 211、251、311、351：磁偶极 31：第一磁性层

[0034] 33：隔离层 35：第二磁性层

[0035] 4：磁性电容组

具体实施方式

[0036] 本发明所提出的电源供应装置，使用了磁性电容来取代一般电源供应装置中的电压源，以能提高每次储能的容量以及减少充放电次数，如此简化了电路结构，并降低成本。

[0037] 本发明主要技术特征在于使用一磁性电容作为电源供应装置的电压源，以下就仅提出必要的系统结构，然而，本领域的技术人员应当知道，除了以下所提及的构件，电源供应装置当然包括其它的必要组件及态样，因此，不应以本实施例所公开的为限。

[0038] 首先，请参阅图1，该图为本发明所公开的电源供应装置的一具体实施例的系统结构图。如图1所示，电源供应装置10包括有一储能单元1、一比较器3、一MOS晶体管5、一第一电阻网络R11、一第一开关单元SW11、一第二电阻网络R22、一第二开关单元SW22以及一控制单元7。其中，储能单元1可预先耦接一充电模块20，以储存其提供的电力。

[0039] 已预先储存电能的储能单元1包括至少一磁性电容(MCAP)2，磁性电容2具有一第一端11以及一第二端13，其中储能单元1从第一端11提供一参考电压VR以及从第二端13提供一可变电压V。比较器3具有一正端、一负端以及一输出端，正端耦接于储能单元1的第一端11，负端耦接于该第二端。MOS晶体管5耦接于比较器3的输出端，用以根据比较器3的比较结果来决定导通与否。一具体实施例中，若可变电压V小于该参考电压VR，则MOS晶体管5会处于导通状态，进而输出一第一分压V1；反的，则截止MOS晶体管5，由于没有电流流经MOS晶体管5而导致可变电压V递减，直到可变电压V小于该参考电压VR时，又导通MOS晶体管5，如此反复循环地改变MOS晶体管5的状态。具体来说，MOS晶体管5导通后所产生的第一分压V1，即为磁性电容2的第一端11输出的参考电压VR的值。

[0040] 第一电阻网络R11耦接于第一端11以及第二端13之间，其中第一电阻网络R11包括多个第一电阻组件R1、R2、R3，其两两串联地耦接；第一开关单元SW11耦接于第一电阻网络R11，包括有多个第一开关组件SW1、SW2；第二电阻网络R22耦接于第一电阻网络R11，其中第二电阻网络R22包括多个第二电阻组件R4、R5，其两两串联地耦接；第二开关单元SW22耦接于第二电阻网络R22，包括有多个第二开关组件SW3、SW4；控制单元7耦接每一第一开关组件SW1、SW2以及每一第二开关组件SW3、SW4，用以切换其导通状态，其切换方式可由系统或人为控制。

[0041] 具体来说，第一开关组件SW1、SW2以及该第二开关组件SW3、SW4的导通状态会决定第一电阻组件R1、R2、R3以及第二电阻组件R4、R5彼此间为并联或串联地耦接的关系，不同连接方式的电阻组件亦会影响可变电压V的值，且根据MOS晶体管5和第一、二开关单元的导通状态的不同组合态样，可从电路中输出一第二分压V2、第三分压(图中未示)……。电源供应装置10中亦可以类似的方式增加多组第二电阻网络R22以及第二开关单元SW22，以改变第二分压V2、第三分压…的值，不应以本实施例公开的为限。利用上述电源供应装置
10的设计，可将参考电压VR分压后产生第一分压V1、第二分压V2、第三分压等多个工作电压，每个工作电压可提供适合的电子产品来运作。

[0042] 为了更了解使用磁性电容2取代电压源的原因及优势，请同时参阅图2，该图为本发明的储能单元与其它公知能量储存媒介的比较示意图。本发明的储能单元储存的能量以磁性电容(Magnetic Capacitor)为主，主要是以物理反应的电位能的方式进行储存，而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)，以化学能为储存方式的能量储存媒介的缺点为：

[0043] (1)充、放电速度慢并且会产生热能。

[0044] (2)在多次充放电后容量会下降(有漏电的虞)，甚至长时间不使用，也会有容量下降问题(有漏电的虞)。

[0045] (3)再者，电池因利用化学物质由化学能转换为电能，化学物质要常保其活性，才不致失效变质，当原来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，此时电池容量下降，就是电池已老化了，电池便宣告寿终，再者若经过长期充放电后，因电池内部电解液的损耗，以及电池内部化学物质活性的降低，造成电池内部的电量无法正常释放出来，常见的现象就是电池发热，此时电池老化，相对电池容量也会下降，造成使用寿命短。另外，超级电容也是化学储能结构，故存在有传统电池的缺点。

[0046] 由于公知电容中，电容值C由电容的面积A、介电层的介质常数ε0εr及厚度d决定，如下公式(一)，因此模拟于公知电容，本实施例的磁性电容2相当于利用磁场的作用来改变介电层的介电常数，故而造成电容值的大幅提升。

[0047] ………公式(一)

[0048] 本发明所述的磁性电容2储存的能量全部以电位能的方式进行储存，相较于主要以化学能储存的其它能量储存媒介，磁性电容除了具有可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、体积小等特点，故可有效解决当前电池所遇到的各种问题。

[0049] 请一并参考图3，该图为本发明所公开的磁性电容的一具体实施例的结构示意图。如图3所示，磁性电容2包含有一第一磁性电极21、一第二磁性电极25以及一介电层23。
其中介电层23设置于第一磁性电极21以及第二磁性电极25之间，用来分隔第一磁性电极
21与第二磁性电极25，以于第一磁性电极21与第二磁性电极25处累积电荷，进而储存电位能。具体来说，第一磁性电极21与第二磁性电极25由具磁性的导电材料(例如稀土元素)所构成，并利用适当的外加电场进行磁化，使第一磁性电极21与第二磁性电极25内分别形成磁偶极(magnetic dipole)211、251，以于磁性电容2内部构成磁场来影响带电粒子的移动方向，从而抑制磁性电容2的漏电流。

[0050] 上述的介电层23为氧化钛(TiO3)、氧化钡钛(BaTiO3)或氧化硅(siliconoxide)的群组组合之一，然而本发明所述的磁性电容2的各层均可视产品需求而选用适当的材料，不应以本实施例公开的为限。

[0051] 所需要特别强调的是，磁偶极211、251的箭头方向仅为一示意图。对本领域的技术人员而言，应可了解到磁偶极211、251实际上是由多个整齐排列的微小磁偶极所迭加而成，且在本发明中，磁偶极211、251最后形成的方向并无限定，可依磁性电容2的形状进行调整，例如可指向同一方向或不同方向。

[0052] 接着，请一并参考图4，该图为本发明所公开的第一磁性电极21的一具体实施例的结构示意图。如图4所示，第一磁性电极21为一多层结构，包含有一第一磁性层31、一隔离层33以及一第二磁性层35。其中隔离层33设置于第一磁性层31以及第二磁性层35之间，其由非磁性材料所构成。而第一磁性层31与第二磁性层35则包含有具磁性的导电材料，并在磁化时，利用不同的外加电场，使得第一磁性层31与第二磁性层35中的磁偶极311、351分别具有不同的方向，于本发明的一较佳实施例中，磁偶极311、351的方向为反向，而能进一步抑制磁性电容2的漏电流。

[0053] 此外，需要强调的是，磁性电容2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2的漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果。

[0054] 最后，请参考图5，该图为本发明所公开的磁性电容组的一具体实施例的示意图。磁性电容2可根据不同的电压或电容值需求，两两互相以串联或并联的方式耦接，进而形成一磁性电容组4，以满足各种不同装置的电力供应需求。

[0055] 至于本发明的应用态样，储能单元1在充饱电后，提供参考电压，利用参考电压和可变电压的大小关系来切换MOS晶体管5，并由控制单元7适当地切换开关单元SW，以产生多个工作电压给不同的电子产品运作。

[0056] 通过以上实例详述，当可知悉本发明的电源供应装置，使用了磁性电容来作为供电来源的装置，又利用开关单元以及电阻的各种搭配态样，视需求将磁性电容提供的电压分压来输出多个工作电压，相较于一般电池，磁性电容具有体积小、容量大、充放电速度快、价格低等优点，可作为一极佳的能量储存装置或电力供应来源，进而节省电源供应装置的储能时间以及成本。

[0057] 以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明与附图，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修改皆可涵盖在以下本案所界定的专利范围。