CN101656434A - 具有保护功能的电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有保护功能的电源装置，包含：一用以储存电能且具有一第一端和一第二端的磁性电容单元、一可切换地将一第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一工作开关、一可切换地将一第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二工作开关，以及一可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的隔离开关。当该磁性电容单元在一工作模式下且发生故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，使该第一节点电连接到该第二节点，可以隔离该发生故障的磁性电容，进而使其他电路元件不会受故障磁性电容单元的影响，非常适于实用。

Description

具有保护功能的电源装置

技术领域

本发明涉及一种具有保护功能的电源装置，特别是涉及一种以磁性电容单元作为电源且当一磁性电容发生故障时，可隔离该故障磁性电容以保护其他电路元件的电源装置。

背景技术

现今储能元件广泛地运用于家电设备、手持式装置，例如：移动电话(Mobile Phone)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，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。狭义的储能元件主要是指电池，包含一次电池及二次电池产品；而广义的储能元件则泛指所有具备储能功能的元件，包括暂时性储能的电容及电感，还有一种介于电池与电容间的超级电容(Super capacitor)也包括在内。

电容是以物理反应的电位能形式来储能，在制作上较为简单，且具有充放电速度快、高功率密度的特性，但是物理储能的效果却不佳(即储能容量较小)，故只能被当做短暂储能使用。

电池可以分为一次电池及二次电池。一次电池仅能使用一次，无法通过充电的方式再补充已被转化掉的化学能。而二次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将会明显优于一般电容，而可应用于各种电力供应装置，但是在此同时，其所能产生的瞬间电力输出会受限于化学反应速率，因此无法快速的充放电或进行高功率输出，且在多次充放电后容量会下降，甚至长时间不使用，也会有容量下降问题。

超级电容是一种介于电池与电容间的元件，又称为双电层电容(Electrical Double-Layer Capacitor)，通过部分物理储能、部分化学储能架构，其功率密度及能量密度介于电池与电容间。但是，超级电容因为具有化学材料而具有化学特性，而容易有漏电现象，又加上因为还有部分是物理特性的放电速度快的现象，在前述两种因素下很快就会没电，并且受限于电解质的分解电压(水系电解质1V、有机电解质约2.5V)，所以其耐电压低，再加上受到电极材料的成本影响，超级电容具有比其他电容、电池高的价格能量比。

一般储能元件的技术，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，且目前的二次电池及超级电容皆需要电解液以化学的方式储存电能，并无法在一般现今的半导体制程下制造，因此一旦在封装完成后，其储存电能的容量较不容易改变，且周边相关的电路在规划上也较不弹性，故现有技术仍有改良精进之处。

由此可见，上述现有的储能元件在结构与使用上，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结构的具有保护功能的电源装置，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。

有鉴于上述现有的储能元件存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的具有保护功能的电源装置，能改进一般现有的储能元件，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的储能元件存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有保护功能的电源装置，所要解决的技术问题是使其当磁性电容单元在一工作模式下且发生故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，使该第一节点电连接到该第二节点，以隔离该故障的磁性电容，进而使得其他电路元件不受该故障磁性电容单元的影响，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，克服现有的储能元件存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有保护功能的电源装置，所要解决的技术问题是使其当磁性电容单元在一测试模式下时，该第一测试开关和该第二测试开关导通，使该第三节点电连接至该磁性电容单元的第一端，并且该第四节点电连接至该磁性电容单元的第二端，以将该磁性电容单元隔离于工作汇流排的回路之外，进而利用测试汇流排来进行是否故障的测试，从而更加适于实用。

本发明的还一目的在于，克服现有的储能元件存在的缺陷，而提供一种新型结构的具有保护功能的电源装置，所要解决的技术问题是借由控制该等开关的导通与否，来改变该等磁性电容单元的串并联关系，因此可在原有电路结构下，轻易完成磁性电容单元串联或并联，以利于在同一架构的大量生产下仍然可以达到多样化应用的目的。

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保护功能的电源装置，包含一个用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一工作开关、一个可切换地将一个第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二工作开关，以及一个可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的隔离开关；当该磁性电容单元在一个工作模式下且故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，使该第一节点电连接到该第二节点。

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，前述的具有保护功能的电源装置，其中当该磁性电容单元在该工作模式下且没有故障时，该隔离开关不导通且该第一工作开关和该第二工作开关导通。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中当该磁性电容单元在一个测试模式时，该磁性电容单元的第一端和第二端接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号，且该隔离开关导通，该第一工作开关和该第二工作开关不导通。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该隔离开关不导通，该第一工作开关和该第二工作开关导通，该磁性电容单元的第一端和第二端经由导通的该第一工作开关和该第二工作开关接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其还包含一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一测试开关，及一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二测试开关；当该磁性电容单元在该工作模式下，该第一测试开关和该第二测试开关不导通。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中当该磁性电容单元在一个测试模式下，该第一测试开关和该第二测试开关导通，且该磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关接收用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中当该磁性电容单元在一个测试模式下，该第一测试开关和该第二测试开关导通，使该磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关输出用于测试该磁性电容单元是否故障的输出讯号。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其还包含一个第三测试开关，可切换地将该第三节点电连接到该第四节点，当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该第三测试开关不导通。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其还包含一个工作汇流排和一个测试汇流排，该第一节点和该第二节点电连接该工作汇流排，该第三节点和该第四节点电连接该测试汇流排。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容包含有一个第一磁性电极、一个第二磁性电极以及设置于其间的一个介电层，该第一磁性电极与第二磁性电极内具有磁偶极以抑制该磁性电容的漏电流。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的第一磁性电极包含有一个第一磁性层，具有排列成第一方向的磁偶极、一个第二磁性层，具有排列成第二方向的磁偶极，及一个隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层与该第二磁性层间；该第一方向与该第二方向互为反向，以抑制该磁性电容的漏电流。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的第一磁性电极与第二磁性电极是包含有稀土元素，该介电层是由氧化钛、氧化钡钛或一半导体层所构成。

较佳地，前述具有保护功能的电源装置，其中所述半导体层为氧化硅。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有保护功能的电源装置，包含一用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一测试开关，以及一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二测试开关；当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该第一测试开关和该第二测试开关导通。

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，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关输出用于判断该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有保护功能的电源装置，包含一个用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一开关、一个可切换地将一个第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二开关、一个可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的第三开关、一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第四开关、一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第五开关，及一个可切换地将该第三节点电连接到该第四节点的第六开关。

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，前述的具有保护功能的电源装置，其还包含一个工作汇流排和一个测试汇流排，该第一节点和该第二节点电连接该工作汇流排以接收工作电压，该第三节点和该第四节点电连接该测试汇流排以接收参考电压。

较佳地，前述的具有保护功能的电源装置，其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明具有保护功能的电源装置至少具有下列优点及有益效果：

为达到上述目的，本发明提供一种具有保护功能的电源装置，包含：一用以储存电能且具有一第一端和一第二端的磁性电容单元、一可切换地将一第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一工作开关、一可切换地将一第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二工作开关，及可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的一隔离开关。

本发明的有益效果在于：当该磁性电容单元在一工作模式下并且发生故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，可以使该第一节点电连接到该第二节点，非常适于实用。

另外，为了达到上述目的，本发明还提供了一种具有保护功能的电源装置，其包含：一用以储存电能且具有一第一端和一第二端的磁性电容单元、一可切换地将一第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一测试开关，及一可切换地将一第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二测试开关。

本发明的有益效果在于：当该磁性电容单元在一测试模式下时，可以使该第一测试开关和该第二测试开关导通，非常适于实用。

再者，为达到上述目的，本发明另外还提供了一种具有保护功能的电源装置，其包含：一用以储存电能且具有一第一端和一第二端的磁性电容单元、一可切换地将一第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一开关、一可切换地将一第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二开关、一可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的第三开关、一可切换地将一第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第四开关、一可切换地将一第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第五开关，以及一可切换地将该第三节点电连接到该第四节点的第六开关。

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有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一者具有一第一磁性层、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(TiO₃)或氧化钡钛(BaTiO₃)或一半导体材质。

本发明的有益效果在于：可以达到可规划，并且具有寿命长、高能量储存密度、瞬间高功率的输出、快速充放电等优点的储能元件。

综上所述，本发明的具有保护功能的电源装置，当磁性电容单元在一工作模式下且发生故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，使该第一节点电连接到该第二节点，以隔离该故障的磁性电容，进而使得其他电路元件不受该故障磁性电容单元的影响，非常适于实用。本发明的另一具有保护功能的电源装置，当磁性电容单元在一测试模式下时，该第一测试开关和该第二测试开关导通，使该第三节点电连接至该磁性电容单元的第一端，并且该第四节点电连接至该磁性电容单元的第二端，以将该磁性电容单元隔离于工作汇流排的回路之外，进而利用测试汇流排来进行是否故障的测试，从而更加适于实用。本发明的还一具有保护功能的电源装置，借由控制该等开关的导通与否，来改变该等磁性电容单元的串并联关系，因此可在原有电路结构下，轻易完成磁性电容单元串联或并联，以利于在同一架构的大量生产下仍然可以达到多样化应用的目的。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构或功能上皆有较大改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的储能元件具有增进的突出功效，从而更加适于实用，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。

附图说明

图1是本发明具有保护功能的电源装置的电路图。

图2是本实施例磁性电容与其他一般能量储存媒介的比较示意图。

图3是本实施例中磁性电容的结构示意图。

图4是本实施例磁性电容另一实施例中第一磁性电极的结构示意图。

图5是本发明另一实施例中一磁性电容单元组的示意图。

图6是本发明第一较佳实施例的连线测试模式电路图。

图7是本发明第一较佳实施例的工作模式电路图。

图8是本发明第一较佳实施例在工作模式下隔离故障磁性电容单元的电路图。

图9是本发明具有保护功能的电源装置的第二较佳实施例的电路图。

图10是本发明第二较佳实施例进行离线测试模式的电路图。

图11是本发明第二较佳实施例进行连线测试模式的电路图。

图12是本发明第二较佳实施例隔离故障磁性电容单元的电路图。

图13是本发明第三较佳实施例在工作模式下时，改变该等磁性电容单元串、并联组态的范例的示意图。

图14是本发明第三较佳实施例在工作模式下时，改变该等磁性电容单元串、并联组态的另一范例的示意图。

具体实施方式

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保护功能的电源装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

第一较佳实施例

请参阅图1所示，是本发明具有保护功能的电源装置的电路图。本实施例具有保护功能的电源装置，主要包括：一磁性电容单元1、第一开关～第六开关11～16、一控制器17、一工作汇流排以及一测试汇流排。并且值得注意的是，在本实施例中为了方便说明，称该第一开关～第六开关分别是一第一工作开关11、一第二工作开关12、一隔离开关13、一第一测试开关14、一第二测试开关15及一第三测试开关16。但是实质上这些开关的名称并未限定这六个开关的种类或限定了这六个开关是不同类型的开关，相反地，这六个开关11～16可以是同一类型的开关，且当该磁性电容单元1以半导体制程制作时，这些开关11～16也可以随着以半导体制程制作。

因为本发明中的磁性电容单元1是一种新颖的储能元件，且较现有的电池、电容、超级电容具有许多优点，因此以下先对磁性电容单元1作一介绍，之后再详述控制器14和该等开关11～13是如何测试磁性电容单元1是否发生故障，且如何在故障时执行隔离。

磁性电容单元介绍

该磁性电容单元1可以是单一个磁性电容或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一磁性电容组。本实施例应用的磁性电容是一种以硅半导体为原料，在一定的磁场作用下通过物理储能方式实现高密度、大容量储存电能的储能元件。并且磁性电容具有输出电流大、体积小、重量轻、超长使用寿命、充放电能力佳以及没有充电记忆效应等特性，因此拿来做为备用电源装置200的蓄电元件以取代一般的铅酸蓄电池组，除了可以减少备用电源装置200的体积、重量和制造成本，而且可以实现系统免维护以及提高系统使用寿命等优点。

请参阅图2所示，是本实施例磁性电容与其他一般能量储存媒介的比较示意图。由于现有的能量储存媒介(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，过度充放时容易滋生各种问题。相较于此，由于磁性电容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，故可以有效的解决当前电池所遇到的各种问题。

请参阅图3所示，是本实施例中磁性电容的结构示意图。磁性电容400是包含有一第一磁性电极410、一第二磁性电极420，以及位于其间的一介电层430。其中，第一磁性电极410与第二磁性电极420是由具有磁性的导电材料所构成，并且借由适当的外加电场进行磁化，使第一磁性电极410与第二磁性电极420内分别形成磁偶极(Magenetic Dipole)415与磁偶极425，以在磁性电容400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400的漏电流。

所需要特别强调的是，图3中的磁偶极415与磁偶极425的箭头方向仅为一示意图。对熟习该项技艺的技术人员而言，应可了解到磁偶极415与磁偶极425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415与425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430则是用来分隔第一磁性电极410与第二磁性电极420，以在第一磁性电极410与第二磁性电极420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410与第二磁性电极420是包含有磁性导电材质，例如稀土元素，介电层430则是由氧化钛(TiO₃)、氧化钡钛(BaTiO₃)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，因此第一磁性电极410、第二磁性电极420与介电层430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，在通常的情况下，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10倍以上，而能够产生很庞大的磁阻效应。若是进一步结合麦斯威尔-华格纳(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。

在一般电容中，电容值C是由电容的面积A、介电层的介电常数ε₀、ε_r及厚度d决定，如下式所示：

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}A}{d}$

然而在本发明中，磁性电容400主要是利用第一磁性电极410与第二磁性电极420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，故可以在同样条件下，容纳更多的电荷，进而能够增加能量的储存密度。类比于一般电容，磁性电容400的运作原理相当于借由磁场的作用来改变介电层430的介电常数，故而造成电容值的大幅提升。

此外，在本实施例中，第一磁性电极410与介电层430间的介面431以及第二磁性电极420与介电层430间的介面432均为一不平坦的表面，使得介面431与介面432的面积相较于一般平坦的表面其表面积A更大，而能进一步提升磁性电容400的电容值C。

请参阅图4所示，是本实施例磁性电容另一实施例中第一磁性电极410的结构示意图。本发明另一实施例中的该第一磁性电极410，是为一多层结构，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是由非磁性材料所构成，而第一磁性层412与第二磁性层416则包含有具有磁性的导电材料，并在磁化时，借由不同的外加电场，使得第一磁性层412与第二磁性层414中的磁偶极413与磁偶极417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413与磁偶极417的方向是为反向，而能进一步抑制磁性电容400的漏电流。此外，需要强调的是，磁性电极410的结构并不限于前述的三层结构，而可以类似的方式，以多数个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400的漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果。

此外，由于一般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，否则往往会造成储量效率的大幅下降。相较于此，本发明的磁性电容400是以电位能的方式进行储存，并且因为所使用的材料可适用于半导体制程，故可借由适当的半导体制程来形成磁性电容400以及周边电路连接，进而能够缩小磁性电容400的体积与重量，由于此制作方法可使用一般半导体制程达成，故在此不予赘述。

请参阅图5所示，是本发明另一实施例中一磁性电容组500的结构示意图。承前所述，在本实施例中，是利用半导体制程在一硅基板上制作多数个个小尺寸的磁性电容400，并借由适当的金属化制程，在该多数个个磁性电容400间形成电连接，从而构成一个包含有多个磁性电容400的磁性电容组500，再以磁性电容组500作为能量储存装置或外部装置的电力供应来源。在本实施例中，磁性电容组500内的多数个个磁性电容400是以类似阵列的方式电连接，然而本发明并不限于此，而可根据不同的电压或电容值需求，进行适当的串联或并联或串并联方式组成，以满足各种不同装置的电力供应需求。

测试与故障保护

请回归参阅图1所示，每一磁性电容单元1是具有一第一端和一第二端，且该第一工作开关11可切换地将一第一节点x1电连接到该磁性电容单元1的第一端，该第二工作开关12可切换地将一第二节点x2电连接到该磁性电容单元1的第二端，该隔离开关13可切换地将该第一节点x1电连接到该第二节点x2。且该第一节点x1和该第二节点x2分别电连接至该工作汇流排上，并分别接收工作电压V+和V-。

而该第一测试开关14可切换地将一第三节点y1电连接到该磁性电容单元1的第一端，该第二测试开关15可切换地将一第四节点y2电连接到该磁性电容单元1的第二端，第三测试开关16可切换地将该第三节点y1电连接到该第四节点y2。并且该第三节点y1和该第四节点y2分别电连接至该测试汇流排上，并接收测试电压VT+和VT-。

1、离线测试(Off-line Testing)模式

请参阅图1所示，当该磁性电容单元1在一离线测试模式时，该控制器17控制该隔离开关13、第一测试开关14、第二测试开关15为导通状态，而第一工作开关11、第二工作开关12与该第三测试开关16为不导通状态。因此该磁性电容单元11可经由第一测试开关14和第二测试开关15接收由该测试汇流排传来的测试讯号，以用于测试该磁性电容单元1是否发生故障，并且也经由第一测试开关和第二测试开关将测得的输出讯号输出至该测试汇流排。详细实施方式可为：该测试讯号为一种参考电压，并经过一段足以令磁性电容单元1充电完成的时间之后，一外部测试装置经由该测试汇流排测得该磁性电容单元1的输出讯号(如：充电电压值)，若充电电压实质上等于该参考电压或是差距在一误差范围内，则判断该磁性电容单元1正常，否则，则为故障。

当此磁性电容单元1与其他电路元件(如：其他磁性电容单元1)一起使用时，因为该隔离开关123为导通状态，因此，当该磁性电容单元11在测试模式时，测试中的磁性电容单元1可以被隔离于其他电路元件的回路外，也就是说其他电路元件将不会受到影响而仍可以进行其他工作。在第二实施例将会对此再举实例进行说明。

2、连线测试(On-line Testing)模式

请参阅图6所示，是本发明第一较佳实施例的连线测试模式电路图。除了可采取上述的离线测试模式外，也可采用连线测试的方式。在连线测试时，该控制器17控制第一工作开关11、第二工作开关12、第一测试开关14、第二测试开关15为导通，且控制隔离开关13及第三测试开关16不导通。

因此该工作汇流排的工作电压可传至该磁性电容单元1上，而可由该测试汇流排测得该磁性电容单元1的电压变化情形，进一步判定该磁性电容单元1是否发生故障。

离线测试与连线测试最大的不同点在于，测试时是否有将该待测磁性电容单元1自工作汇流排上脱离，如果该外部测试装置为一个电容计或其他磁性电容测试装置，则此时需要将该磁性电容单元1与该工作汇流排脱离，以离线测试的方式进行测试，避免工作汇流排上面的电源对该外部测试装置回冲导致该外部测试装置损毁，而当该外部测试装置为一自动化测试设备(ATE Machine)或是一可在高电压条件下进行量测的电压计时，此时，可以使用连线测试方式进行测试。所以，本发明将汇流排分成一工作汇流排及一测试汇流排的主要目的，就是用来确保测试电路与工作电路不会互相干扰，其中，最大的原因还是避免工作汇流排将高电压输出到无法耐高压的外部测试装置上，导致该外部测试装置毁损。

3、工作模式

请参阅图7所示，是本发明第一较佳实施例的工作模式电路图。当该磁性电容单元1在一工作模式下且该磁性电容单元1没有故障时，该控制器17控制第一工作开关11和第二工作开关12导通，并且控制该隔离开关13、第一测试开关14和第二测试开关15不导通，因此磁性电容单元1可以正常工作。

请参阅图8所示，是本发明第一较佳实施例在工作模式下隔离故障磁性电容单元的电路图。当该磁性电容单元1在一工作模式下但该磁性电容单元1发生故障时，该控制器17控制隔离开关13导通，并且控制第一工作开关11、第二工作开关12、第一测试开关14、第二测试开关15不导通。此时，该隔离开关13会在第一节点x1与第二节点x2间形成一短路路径。当此磁性电容单元1与其他的电路元件(例如：其他磁性电容单元1)一起使用时，故障的磁性电容单元1可以有效的被隔离于其他电路元件的回路外，进而保护其他电路元件，也就是说其他电路元件将不会受到故障的磁性电容单元1影响，以下将会对此再详细说明。

第二较佳实施例

本发明第二较佳实施例与上述第一实施例类似，其不同的地方在于将第一实施例中所述的电路模组组合多个一起使用。在本实施例，是以组合三个为例，但实际应用上并不限于此。

请参阅图9所示，是本发明具有保护功能的电源装置的第二较佳实施例的电路图。本发明第二实施例的具有保护功能的电源装置，包括：三个磁性电容单元91、92、93、三个第一工作开关911、921、931、三个第二工作开关912、922、932、三个隔离开关913、923、933、三个第一测试开关914、924、934、三个第二测试开关915、925、935、三个第三测试开关916、926、936，以及一控制器，且为了清楚说明，图中省略不画出控制器。

第一工作开关911可切换地将节点x1电连接到该磁性电容单元1的第一端，第二工作开关912可切换地将节点x2电连接到该磁性电容单元91的第二端；第一工作开关921可切换地将节点x2电连接到该磁性电容单元92的第一端，第二工作开关922可切换地将节点x3电连接到该磁性电容单元92的第二端；第一工作开关931可切换地将节点x3电连接到该磁性电容单元93的第一端，第二工作开关932可切换地将节点x4电连接到该磁性电容单元2的第二端。该隔离开关913可切换地将节点x1电连接到节点x2，该隔离开关923可切换地将节点x2电连接到节点x3，该隔离开关933可切换地将节点x3电连接到节点x4。且该等节点x1和x4分别电连接至该工作汇流排并接收工作电压V+和V-。

而第一测试开关914可切换地将节点y1电连接到该磁性电容单元91的第一端，第二测试开关915可切换地将节点y2电连接到该磁性电容单元91的第二端。而第一测试开关924可切换地将节点y2电连接到该磁性电容单元92的第一端，第二测试开关925可切换地将节点y3电连接到该磁性电容单元92的第二端。而第一测试开关934可切换地将节点y3电连接到该磁性电容单元93的第一端，第二测试开关935可切换地将节点y4电连接到该磁性电容单元93的第二端。并且，第三测试开关916可切换地将节点y1电连接到节点y2，第三测试开关926可切换地将节点y2电连接到节点y3，第三测试开关936可切换地将节点y3电连接到节点y4。并且该等节点y1和y4分别电连接至该测试汇流排并接收测试电压VT+和VT-。

请参阅图10所示，是本发明第二较佳实施例进行离线测试模式的电路图。当该磁性电容单元92进行离线测试模式，并且该磁性电容单元91和磁性电容单元93仍维持正常工作模式下时，该控制器控制第一工作开关911、931、第二工作开关912、932、隔离开关923、第三测试开关916、936导通，且控制第一工作开关921、第二工作开关922、隔离开关913、933、第一测试开关914、934、第二测试开关915、935、第三测试开关926不导通。

因此，磁性电容单元92可被隔离于工作汇流排的回路外，以利用测试汇流排来进行是否发生故障的测试，且测试的方式如第一实施例所述。而同时，磁性电容单元91、93仍然可以经由工作汇流排正常工作，而不会受到影响。

请参阅图11所示，是本发明的第二较佳实施例进行连线测试模式的电路图。当该磁性电容单元92进行连线测试模式，并且该磁性电容单元91和磁性电容单元93仍维持正常工作模式下时，该控制器控制第一工作开关911、921、931、第二工作开关912、922、932、第三测试开关916、936、第一测试开关924、第二测试开关925导通。并且控制隔离开关913、923、933、第一测试开关914、934、第二测试开关915、935、第三测试开关926不导通。

测试中的磁性电容单元经由工作汇流排接收工作电压，以作为测试之用，并且经由第一测试开关924和第二测试开关925输出讯号到测试汇流排，以进行是否发生故障的测试，且测试的方式如上述第一实施例所述。而同时，磁性电容单元91、93仍然可以经由工作汇流排正常工作，不会受到影响。

请参阅图12所示，是本发明第二较佳实施例隔离故障磁性电容单元的电路图。当磁性电容单元91～93都在工作模式，但已判断出磁性电容单元92发生故障，且磁性电容单元91、93没有故障时，该控制器控制第一工作开关911、931、第二工作开关912、932、隔离开关923导通。并且控制第一工作开关921、第二工作开关922、隔离开关913、933、及所有的测试开关914～916、924～926、934～936都不导通。

因此故障的磁性电容单元92可被隔离于工作汇流排的回路外，以保护其他电路元件，并且没有故障的磁性电容单元91、93仍然可以通过工作汇流排正常工作。

第三较佳实施例

请参阅图13、图14所示，图13是本发明第三较佳实施例在工作模式下时，改变该等磁性电容单元串、并联组态的范例的示意图，图14是本发明第三较佳实施例在工作模式下时，改变该等磁性电容单元串、并联组态的另一范例的示意图。本发明的第三实施例的电路连接关系与上述第二实施例类似，其不同的地方在于该等开关的导通状态。当该等磁性电容单元91～93都操作于工作状态时，该控制器可借由控制该等开关的导通与否，来改变该等磁性电容单元91～93的串并联关系，因此可在原有电路结构下，轻易完成磁性电容单元串联或并联，以利在同一架构的大量生产下仍然可以达到多样化的应用。

请参阅图13中的开关导通状态，该磁性电容单元91的第一端，经由该等开关911、913、921的导通而与该磁性电容单元92的第一端电连接，而该磁性电容单元91的第二端，经由该等开关915、926、925的导通而与该磁性电容单元92的第二端电连接，因此该磁性电容单元91、92为并联关系，同时，该磁性电容单元92的第二端经由该等开关922、931的导通，与该磁性电容单元93的第一端电连接，因此，该磁性电容单元93与并联后的该等磁性电容单元91、92电连接。

请参阅图14中的开关导通状态，该磁性电容单元91的第一端，经由该等开关911、913、921的导通，与该磁性电容单元92的第一端电连接，同时，经由该等开关911、913、923、931的导通，与该磁性电容单元93的第一端电连接，此外，磁性电容单元91的第二端，经由该等开关915、926、925的导通，与该磁性电容单元92的第二端电连接，同时，经由该等开关915、926、936、935的导通，与该磁性电容单元93的第二端电连接，因此，该等磁性电容单元91～93为并联关系。

综上所述，本发明利用磁性电容单元做为储能元件，取代传统电源装置，不但可以减少电源装置的整体体积、重量，并且可以提高能量的储存效率、储存容量和使用寿命，实现免维护，避免化学储能存在的记忆效应和污染问题；同时配合数个开关，即可以有效率的进行测试，且当其他一磁性电容单元在测试状态时，其他电路元件(如：其他磁性电路单元)仍然可以正常工作，同时，本发明也可以在故障发生时快速切换以隔离故障的磁性电容单元，使得其余正常的磁性电容单元仍然可以持续工作，因此可以大幅降低生产及维护成本。此外，配合一工作汇流排及一测试汇流排的设计，在进行测试时，可以根据各种不同的外部测试装置，以连线测试或是离线测试的方式，完成该磁性电容单元的测试，当该磁性电容单元以半导体制程制作时，本发明中的其他元件(如：开关)也可以随着以半导体制程制作，因而在生产上更有效率。

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。

Claims (21)

1、一种具有保护功能的电源装置，其特征在于该具有保护功能的电源装置包含一个用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一工作开关、一个可切换地将一个第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二工作开关，以及一个可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的隔离开关；当该磁性电容单元在一个工作模式下且故障时，该隔离开关导通且该第一工作开关和该第二工作开关不导通，使该第一节点电连接到该第二节点。

2、如权利要求1所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于当该磁性电容单元在该工作模式下且没有故障时，该隔离开关不导通且该第一工作开关和该第二工作开关导通。

3、如权利要求1所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于当该磁性电容单元在一个测试模式时，该磁性电容单元的第一端和第二端接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号，且该隔离开关导通，该第一工作开关和该第二工作开关不导通。

4、如权利要求1所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该隔离开关不导通，该第一工作开关和该第二工作开关导通，该磁性电容单元的第一端和第二端经由导通的该第一工作开关和该第二工作开关接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

5、如权利要求1所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其还包含一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一测试开关，及一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二测试开关；当该磁性电容单元在该工作模式下，该第一测试开关和该第二测试开关不导通。

6、如权利要求5所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于当该磁性电容单元在一个测试模式下，该第一测试开关和该第二测试开关导通，且该磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关接收用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

7、如权利要求5所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于当该磁性电容单元在一个测试模式下，该第一测试开关和该第二测试开关导通，使该磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关输出用于测试该磁性电容单元是否故障的输出讯号。

8、如权利要求5所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其还包含一个第三测试开关，可切换地将该第三节点电连接到该第四节点，当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该第三测试开关不导通。

9、如权利要求5所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其还包含一个工作汇流排和一个测试汇流排，该第一节点和该第二节点电连接该工作汇流排，该第三节点和该第四节点电连接该测试汇流排。

10、如权利要求1所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

11、如权利要求10所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容包含有一个第一磁性电极、一个第二磁性电极以及设置于其间的一个介电层，该第一磁性电极与第二磁性电极内具有磁偶极以抑制该磁性电容的漏电流。

12、如权利要求11所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的第一磁性电极包含有一个第一磁性层，具有排列成第一方向的磁偶极、一个第二磁性层，具有排列成第二方向的磁偶极，及一个隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层与该第二磁性层间；该第一方向与该第二方向互为反向，以抑制该磁性电容的漏电流。

13、如权利要求11所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的第一磁性电极与第二磁性电极是包含有稀土元素，该介电层是由氧化钛、氧化钡钛或一半导体层所构成。

14、如权利要求13所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的半导体层为氧化硅。

15、一种具有保护功能的电源装置，其特征在于：该具有保护功能的电源装置包含一用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一测试开关，以及一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二测试开关；当该磁性电容单元在一个测试模式下时，该第一测试开关和该第二测试开关导通。

16、如权利要求15所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关接收一个用于测试该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

17、如权利要求15所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元的第一端和第二端分别经由该第一测试开关和该第二测试开关输出用于判断该磁性电容单元是否故障的测试讯号。

18、如权利要求15所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

19、一种具有保护功能的电源装置，其特征在于该具有保护功能的电源装置包含一个用以储存电能且具有一个第一端和一个第二端的磁性电容单元、一个可切换地将一个第一节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第一开关、一个可切换地将一个第二节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第二开关、一个可切换地将该第一节点电连接到该第二节点的第三开关、一个可切换地将一个第三节点电连接到该磁性电容单元的第一端的第四开关、一个可切换地将一个第四节点电连接到该磁性电容单元的第二端的第五开关，及一个可切换地将该第三节点电连接到该第四节点的第六开关。

20、如权利要求19所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其还包含一个工作汇流排和一个测试汇流排，该第一节点和该第二节点电连接该工作汇流排以接收工作电压，该第三节点和该第四节点电连接该测试汇流排以接收参考电压。

21、如权利要求19所述的具有保护功能的电源装置，其特征在于其中所述的磁性电容单元是单一个磁性电容，或是由多数个磁性电容以串联、并联或混合串并联方式组成的一个磁性电容组。

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