用以產生各種類型脈衝的電源模塊的製作方法
2023-07-25 16:37:31
專利名稱：用以產生各種類型脈衝的電源模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電學領域電力配電中供電或配電的電路裝置中的電源模塊，特別是涉及一種包括直流電壓源及超級電容的電源模塊，可以驅動各式各樣的具有可更替配件的多功能工具的用以產生各種類型脈衝的電源模塊(POWER MODULE FOR GENERATING IMPULSES OF VARIOUS LEVELS)。
背景技術：
在現今生活中，許多機件需要藉由過電力而短脈波的電源進行驅動。舉例而言，在驅動釘子打到木頭中時、在石造物體上進行鑽孔時或是欲驅動除草機或車輛的引擎時，均需要高扭矩的操作，此時必須藉由峰值電源才能進行上述的動作。在美國專利公告第5,699,780號中，bissonnette揭露了藉由延長的彈性囊帶及比如是海水的流體，可以快速地將位能轉換成動能，藉以產生脈衝，而藉由所產生的脈衝可以彈射出魚叉，用以刺向水中的魚。另外，藉由直流電源或交流電源所產生的脈衝亦可以使釘子或釘書針等物體射出。舉例而言，在美國專利公告第6,173,877號中揭露了一種利用電池驅動的電動打釘機；在美國專利公告第4,558,391號及第5,105,329號中揭露了一種利用電池驅動的電動釘書機；在美國專利公告第4,986,713號、第5,818,186號及第6,086,304號中揭露了一種裝訂裝置。一般而言利用直流電源所驅動的工具，由於不需要電線，且不會受到空間的限制，亦即在遠離插座的位置還可以使用，因此在操作上較為方便。並且，利用直流電源所驅動的工具並不需忍受電壓的變動，而利用交流電源所驅動的工具卻需要忍受電壓的變動。再者，由於直流馬達所提供的衝擊是直接驅動而並非齒輪驅動，故直流馬達所提供的衝擊會大於由交流馬達所提供的衝擊，因此就利用直流電源所驅動的工具而言，馬達施加於衝擊活塞上的力矩會較為確實。
除了可以射出物體外，由直流電源所產生的脈衝能量還可以轉換成衝擊力，藉以執行雕刻、鑽鑿、劈砍、壓彎、夾持、加壓、捲曲、壓碎、壓印、穿孔、衝壓、接合及衝擊等的動作。許多專利及商業產品均可以達到前述的動作，比如美國專利公告第4,015,671號、第4,468,826號、第4,579,029號、第4,991,472號、第6,427,559號及第6,460,627號等均是與電池驅動的手持工具有關。在操作上，藉由活塞與彈性構件(比如是彈簧)之間的交互作用可以直接傳送所需的施力。在另一種應用上，由直流電源所提供的脈衝可以直接傳送大電流藉以進行焊接的動作，比如揭露出在美國專利公告第4,801,780號及第6,225,596號中。除了可以利用市內電力之外，還可以利用電池作為焊接器、燈源或緊急修復的電源。
在現有習知領域中，由脈衝所驅動的可攜式電動工具是廣泛地利用電池作為電源，其中電池比如是由鉛-硫酸(Pb-H2SO4)構成的重電池(heavybattery)、對環境汙染性高的鎳-鎘(Ni-Cd)電池、或是具有記憶效果的鎳氫(Ni-MH)電池等。為了要提供足夠的脈衝，必須要安裝上大尺寸及數量多的電池，如此會使得工具變得笨重。此外，藉以產生所需脈衝的電路是很複雜的，導致工具的成本會提高。雖然前述的電池是為可充電式的電池，然而在使用一段時間之後，會使得電池的蓄電容量降低，而無法在危急時運作。這時，使用者便必須要等待數個小時進行充電電池的動作，然而可能僅是要完成數分鐘的工作。
由此可見，上述現有的產生脈衝的電源模塊仍存在有諸多的缺陷，而亟待加以進一步改進。
為了解決產生脈衝的電源模塊存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。
有鑑於上述現有的產生脈衝的電源模塊存在的缺陷，本發明人基於豐富的實務經驗及專業知識，積極加以研究創新，經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的主要目的在於，克服現有的產生脈衝的電源模塊所存在的缺陷，而提供一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，所要解決的主要技術問題是使其包括直流電壓源及超級電容，可以驅動各式各樣的具有可更替配件的多功能工具，用以產生各種類型的脈衝，可利用容量較小的電池及超級電容，輸出期望的脈衝值，從而利用本發明電池模塊，並結合可更替配件的設計，可以研發出利用脈衝驅動的多功能可攜式工具，而可執行各種不同的工作。
本發明的另一目的在於，提供一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，所要解決的技術問題是本發明的電源模塊安裝在電動工具上時，使電動工具會具有輕、薄、短、小及易於攜帶等優點，從而更加適於實用。
本發明的再一目的在於，提供一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，所要解決的主要技術問題是使其提供一種產生所需脈衝的方法，可以有效率地進行上述的操作，能夠滿足上述工作需要較大能量的需求，藉由具有超級電容及電池通過控制電路並聯的電源模塊，而可以達到能夠滿足所需電源的需求。
本發明的目的及解決其主要技術問題是採用以下的技術方案來實現的。依據本發明提出的一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其包括一直流電壓源；一開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該開關組件切換至串聯連接進行放電；一開關，與該開關組件電性連接，用以切換該開關組件的狀態；以及一升壓電路，與該直流電壓源電性連接，當該些電容通過該開關組件切換至串聯連接進行放電時，該升壓電路是並聯連接於該些電容。
本發明的目的及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來進一步實現。
前述的電源模塊，其還包括一功率調整器，是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的開關組件的結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
本發明的目的及解決其主要技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其包括一直流電壓源；一開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該開關組件切換至串聯連接進行放電；以及一開關，與該開關組件電性連接，用以切換該開關組件的狀態。
本發明的目的及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來進一步實現。
前述的電源模塊，其還包括一功率調整器，是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的開關組件的結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
本發明的目的及解決其主要技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其包括一直流電壓源；一第一開關組件，與該直流電壓源電性連接；一第二開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該第一開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該第一開關組件切換至串聯連接進行放電；一第一開關，電性連接於該第一開關組件與該第二開關組件之間；一第二開關，電性連接於該第一開關組件與該第二開關組件之間；以及一升壓電路，與該第二開關組件電性連接；其中藉由切換該第二開關組件能夠使該電源模塊切換至一第一狀態及一第二狀態，二者擇一，其中在切換至該第一狀態下，該升壓電路是與該直流電壓源電性連接，當該些電容通過該第一開關組件切換至串聯連接進行放電時，該升壓電路是並聯連接於該些電容，該第一開關是通過該第二開關組件與該直流電壓源電性連接，用以切換該第一開關組件的狀態，而該第二開關與該直流電壓源之間是為電性斷路；在切換至該第二狀態下，該升壓電路與該直流電壓源之間是為電性斷路，該第二開關是通過該第二開關組件與該直流電壓源電性連接，用以切換該第一開關組件的狀態，而該第一開關與該直流電壓源之間是為電性斷路。
本發明的目的及解決其技術問題還可以採用以下的技術措施來進一步實現。
前述的電源模塊，其還包括一功率調整器，在切換至該第二狀態下，該功率調整器是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
前述的電源模塊，其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的第一開關組件結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
前述的電源模塊，其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明內容本發明技術方案之一是提供一種電源模塊，可以利用容量較小的電池及超級電容(supercapacitor)，輸出期望的脈衝值，而本發明的電源模塊亦可以安裝一次電池(primary cell)，比如是鹼性電池。另外，當本發明的電源模塊安裝在電動工具上，此時電動工具會具有輕、薄、短、小及易於攜帶等優點。因此利用本發明的電池模塊，並結合可更替配件的設計，便可以研發出利用脈衝驅動的多功能可攜式工具，藉以執行各種不同的工作。
依照能量轉換的形式，藉由脈衝驅動的可攜式工具大致上可以分成以下三類1、第一類工具是利用脈衝及機構組件，可以射出比如是釘子、釘書針或銷栓等物體，藉以進行接合的動作。
2、第二類工具是利用脈衝及機構組件，可以提供衝擊力，藉以進行刮去、敲擊、衝壓、壓印、劈砍、鑽鑿、穿孔、接合或夾持等動作。
3、第三類工具是利用脈衝直接傳送突波或峰值電流，藉以可激活如引擎、焊接金屬或開動各種機器等。
本發明另一技術方案是提供一種電源模塊，其可提供一種產生所需脈衝的方法，可以有效率地進行上述的操作，雖然上述的工作需要較大的能量，但是藉由具有超級電容及電池通過控制電路並聯的電源模塊，可以達到所需電源的需求。
該超級電容亦可以稱作為極端電容(ultracapacitor)或電雙層電容(electric double layer capacitor)，而藉由超級電容可以累積大量的靜電荷，亦即在小體積的單一電容內可以累積高達數千個法拉。貯存在超級電容內的電荷可以瞬間釋放，藉以提供巨大的電流驅動電動工具。由於超級電容是輕小密實的，因此藉由超級電容來驅動的工具會具有甚佳的攜帶性。再者，由於製作各種型態的超級電容的成本甚低，因此相較於現有習知藉由增壓轉換器、電感或飛輪來增加電池的輸出電壓，則採用超級電容來增加電池的輸出電壓會具有較佳的選擇。由於超級電容具有特別高的電源密度，因此藉由超級電容可以增加直流電壓源的輸出電壓，即使直流電壓源是為低功率輸出裝置，比如是一次電池。在本發明的電源模塊中，電池可以對超級電容充電，而藉由脈波寬度調整器(PWM)可以調整超級電容的電壓輸出型態。為了要增加電池的使用壽命，電池會在較低的功率下放電，因此藉由電池可以滿足低功率的需求，而藉由超級電容可以滿足電池所無法提供的高功率需求。如此可以避免電池進行高功率的輸出，故而可以降低電池的壓降及延長電池的使用時間。
理論上，在充分地將超級電容充電之後，超級電容所提供的電壓值會等於電池所提供的電壓值。因此，許多電池會串聯配置，而達到所期望的充電電壓。然而，在增加電池數目的同時，工具的電源模塊亦會變得甚為笨重。因此，在本發明中，可以將多個個別的超級電容或超級電容模塊並聯，進行充電超級電容的步驟。當需要提供一脈衝時，所有的超級電容會暫時地切換成串聯狀態，並將超級電容放電。如上所述，藉由將超級電容並聯充電，可以減少電池的尺寸及數目。當超級電容切換成串聯狀態進行放電時，可以提供兩倍於在並聯狀態下超級電容所能夠提供的電壓到可攜式工具上。只有當觸發器及電磁電驛動作時，超級電容才會暫時地從並聯狀態切換成串聯狀態。如此，不但在電子控制的架構上甚為簡易及具有經濟性，而且不會有電池功率放大時的能量損失。
在本發明中應用電子脈衝的三個實施方式上，具有可更替配件的工具主體與電源模塊可以是一體地配置，並且可更替配件可以方便地與工具主體接合。另外，可更替配件及工具主體亦可以置放在工具箱中，而工具主體亦可以與任一可更替配件相接合，進行不同的工作。
綜上所述，本發明用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其主要是藉由電池及超級電容的組合可以提供脈衝，藉以驅動各種多功能工具，藉由脈衝的驅動可以有三種應用方式，比如為射出物體、提供衝擊力或是提供大於100A的峰值電流。藉由超級電容可以增加電源模塊的功率輸出，當超級電容為並聯連接時，直流電壓源可以對超級電容充電，當按壓下工具的觸發器時，超級電容會切換至串聯連接並進行放電。因此，藉以驅動可攜式工具的電池數目可以減少，且控制並聯及串聯的開關設計甚為簡易，可以降低成本。以一個工具主體加上可更替配件及本發明的電源模塊後，可以進行在家或野外的工作與維修。
本發明具有上述諸多的優點及實用價值，且在同類產品中均未見有類似的結構設計公開發表或使用，其不論在結構上或功能上皆有較大改進，且在技術上有較大的進步，並產生了好用及實用的效果，而確實具有增進的功效，從而更加適於實用，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
圖1A是本發明用以產生各種類型脈衝的電源模塊第一較佳實施例的電動打釘器的側視圖。
圖1B是本發明用以產生各種類型脈衝的電源模塊第一較佳實施例的電動訂書機的側視圖。
圖2是本發明一較佳實施例的電源模塊的示意圖，是脈衝產生模塊及包含直流電壓源、超級電容、電子控制器的電路的示意圖。
圖3是本發明用以產生各種類型脈衝的電源模塊第二較佳實施例的脈衝驅動工具及其配件的示意圖。
圖3A、圖3B、圖3C、圖3D是具有可更替配件的手持工具的結構示意圖，分別可以進行清除、敲打、壓印及鑽孔的工作。
圖4是本發明第三較佳實施例的可攜式電源供應器及其配件的示意圖。
圖4A是可攜式電源供應器的立體示意圖。
圖4B是用以起動引擎的可更替配件的結構示意圖。
圖4C是用以點焊的可更替配件的結構示意圖。
圖4D是用以焊接的可更替配件的結構示意圖。
100電動打釘器 102電動訂書機110射出口 111可拆卸容置器112握柄113觸發器114工具主體115調整螺絲116配件122壓彎砧124槽口200電源模塊201直流電壓源202開關204開關205觸發器 207超級電容208超級電容209馬達210功率選擇器 211電阻212電阻213電阻214非反向輸入差動放大器215脈波寬度調整器
217場效應電晶體 219升壓電路221連接器 222電阻223電阻 224電阻230功率調整器 240方塊260方塊304鏟型配件 305握柄306工具主體 307觸發器308可拆卸容置器401開關 402開關403開關 404插口405插口 406閃光燈泡407緊急燈泡 408殼體409握柄 411汽車電池跨接線412跨接線 413跨接線414鱷魚夾 415鱷魚夾416突出連接頭 420電極421殼體 422觸發器423握柄 424插頭430焊槍 432電線434插頭具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的用以產生各種類型脈衝的電源模塊其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。
在現今日常生活中，電子及非電子的手持裝置愈來愈普遍及重要，這些手持裝置不但要達到輕、薄、短、小的要求，還要提供多功能的應用。舉例而言，現今的行動電話的重量已少於100公克，然而在功能上除了可以通過網絡進行聲音傳輸，還可具有數位照相機(digital still camera，DSC)的功能，而能夠將相片通過網絡進行實時傳輸。如上所述，可攜式裝置的尺寸愈來愈小，然而卻增加了愈來愈多的功能，使得用以提供可攜式裝置電源的電池的重量甚至大於可攜式裝置其它組件所加總的重量。為了要符合手提裝置的當今潮流，必須要不斷地改善電池的功率密度及發電能量。然而，在電池的研發上總是不能滿足現況，因此則開發出許多節省能源的技術藉以補償電池的缺陷，比如是低功率處理器、自動傳感器及待機模式系統等。從製造及裝配的觀點，超級電容是絕佳的用以控制電池能量運作的電子組件，當超級電容處在充電狀態時，可以作為能量緩存器或能量均衡器；當超級電容處在放電狀態時，可以作為功率放大器。因此，本發明不需利用轉換器、變換器、功能產生器或震蕩RCL電路，而利用超級電容便可以放大電池的功率輸出，藉以驅動各種工具。
請參閱圖1A所示，是依照本發明用以產生各種類型脈衝的電源模塊第一較佳實施例的電動打釘器100的結構示意圖。該電動打釘器100，是藉由電源模塊所提供的脈衝驅動，藉以射出各種形式的釘子或銷栓進行固定的工作，其中，該電源模塊包括電池及超級電容。藉由按下觸發器113，比如是釘子或銷栓的物體可以從打釘器100的射出口110射出，此時置放在可拆卸容置器111內的電源模塊會進行放電的動作。使用者可以藉由握柄112輕易地握持工具100及移動電動打釘器100，而工具主體114還包括有多個機械裝置，比如是馬達、齒輪組及彈簧(未繪示於圖1A)。利用電源模塊所提供的脈衝，可以驅動或壓縮彈簧到達極大位置，當彈簧彈回到原始長度時，電動打釘器100可以瞬間地對釘子或銷栓提供一衝擊力，藉以將釘子或銷栓從貯藏匣移出，接著釘子或銷栓便能夠從電動打釘器100的射出口110射出，進行固定的動作。
另外，利用配件116及裝配在工具主體114頂端的調整螺絲115，還具有除了固定以外的其它功能。請結合參閱圖1B所示，藉由鬆開螺絲115並再重新裝上螺絲115，可以使得配件116在鎖固時，令壓彎砧122對準射出口110，如此即可變成電動訂書機102。藉由按下觸發器113，U型的訂書針便可以從電動訂書機102射出，並穿過位於射出口110與壓彎砧122之間所堆棧的紙張，藉以進行裝訂的工作(未繪示於圖1B)。在訂書針穿過所堆棧的紙張之後，訂書針便會折彎於壓彎砧122的凹槽中，且該訂書針的兩端會折彎到所堆棧的紙張的最後一頁上，如此便完成裝訂的工作。
在圖1B中，還繪示出許多槽口124，設置位於配件116上，如此便可以依照紙張所堆棧的厚度調整射出口110與壓彎砧122之間的間距。
如上所述，電動打釘器100及電動訂書機102，不但可以共同使用相同的工具主體114及裝配在可拆卸容置器111內的電源模塊，而且釘子、銷栓及訂書針還可通過共同的路徑。如上所述，藉由配件116可以切換電動打釘器100及電動訂書機102的使用模式，故本發明可以達到一個工具可以具有兩個功能的設計目的。
請參閱圖2所示，是本發明一較佳實施例的電源模塊200的示意圖。利用該電源模塊200可以提供脈衝藉以驅動電動工具，進行射出物體、提供衝擊力及傳送峰值電流等動作。藉由方塊240內的電路可以瞬間地驅動前述的電動打釘器100或電動釘書機102，而藉由方塊260內的電路可以提供較大的電流藉以驅動較大的負載，其中，方塊240及方塊260可以共同使用超級電容207、208及電驛S1-S4。超級電容207、208亦可以稱作極端電容或電雙層電容，而藉由超級電容可以累積大量的靜電荷，亦即在小體積的單一電容內可以累積高達數千個法拉。在該方塊240及方塊260中的電路還包括一功率調整器230，可以控制電源的功率輸出以符合工作負載。當開關202切換到a1、a1』的狀態時，會驅動方塊240內的電路，並且直流電壓源201可以通過接點S1a、S1的電性連接對超級電容207充電，而通過接點S3a、S3的電性連接對超級電容208充電。藉由二極體203可以防止超級電容207、208所輸出的電流回流至直流電壓源201。接點S1、S1a、S3、S3a是為具有四個連接埠的電磁電驛的12個接點中的其中四個，其中接點S1-S4是為公用接點，而每一連接埠是為單刀雙擲開關(SPDT)，12個接點中的其中四組(S1-S1a，S2-S2a，S3-S3a，S4-S4a)是為常閉狀態(normally closed)，而其它四組(S1-S1b，S2-S2b，S3-S3b，S4-S4b)是為常開狀態(normally open)。在將超級電容207、208充電時，可以將超級電容207、208並聯，直流電壓源201所提供的工作電壓會稍微大於超級電容207、208所能夠提供的工作電壓，而遠小於脈衝驅動工具的馬達209所需的驅動電壓，因此直流電壓源201的尺寸或數量可以減少。當工具的觸發器205壓下時，電驛會從常閉狀態切換到常開狀態，因此超級電容207、208會串連連接放電給馬達，而馬達所收到的脈衝會兩倍於任一超級電容207、208的放電電壓。在放電之後，該超級電容207、208又會回到並聯的狀態，進行充電超級電容207、208的工作。
如果工具要符合不同功率的需求時，則藉由功率選擇器210即可以滿足這個需求。該功率選擇器210，比如具有三個功率層次A、B、C，可以分別選擇低、中、高的功率輸出，而該功率選擇器210的功率層次是由電阻222、223、224的電阻值所決定，其中當電阻的電阻值愈低時，所輸出的功率層次會愈高。當開關202切換至a1及a1』時，直流電壓源會通過接點a1提供給選擇器210電壓。當直流電壓源所提供的電壓經過電阻222、223、224的其中之一及電阻211分壓之後，會提供給非反向輸入差動放大器214。藉由將所輸入的分壓及放大器214內的內部參考電壓比較之後，會產生差動電壓作為差動放大器214的輸出端，其中差動電壓會依照電阻213及212的電阻值比率進行放大。差動放大器214的輸出端電壓會等於脈波寬度調整器215(PWM)的輸入端電壓，依照所選擇的功率層級A、B、C，脈波寬度調整器215的輸入端電壓會跳至低、中、高三種層次，使得脈波寬度調整器215所產生的脈波寬度會分別形成窄、中、寬的形式。N型信道場效應電晶體217(N-channel FET)會依照從脈波寬度調整器215傳來的觸發脈波寬度，來決定開啟時間，其中場效應電晶體217的閘極是與脈波寬度調整器215電性連接。換句話說，依照脈波寬度調整器215所輸出的窄、中、寬的脈波寬度，會分別控制場效應電晶體217的短、中、長的開啟時間。藉由控制場效應電晶體217的開啟時間可以決定馬達209所接收到的短、中、高層次的脈波。藉由上述的功率調整器230可以保護比如是紙張的材質被過量施力給損毀。
當開關202切換至a2及a2』時，電源模塊會切換成使用方塊260內的電路。當切換至方塊260內的電路運作時，超級電容207、208的充電及放電流程是相同於切換至方塊240內的電路運作，如前所述。然而在切換至方塊260內的電路運作時，是藉由開關204來驅動電驛S1-S4，並非藉由觸發器205。另外，升壓電路219亦會與直流電壓源201電性連接，當通過電驛S1-S3將超級電容207、208切換成串聯連接時，升壓電路219會與互相串聯的超級電容207、208作並聯的電性連接。升壓電路219可以增加由直流電壓源201所提供的電壓，並且升壓後的電壓是可以驅動與連接器221電性連接的負載。藉由升壓電路219將直流電壓源201的功率放大可以作為超級電容207、208的備用電源，藉以補償當超級電容207、208在放電時的快速壓降。雖然相較於超級電容207、208的功率輸出，該備用電源的功率輸出是微不足道的，但是尤其是要驅動大負載時，比如是要激活電瓶沒電的汽車時，由備用電源所提供的電力便會派上用場。其中，該直流電壓源201，比如是一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池(metal-aircell)、太陽電池、風能電池或整流後的交流電等，均可適於對超級電容207、208充電。另外，電驛S1-S4的種類除了是電磁電驛之外，還可以是固態電驛(SSR)或是螺線管(solenoid)等，均可以切換超級電容207、208的狀態。
藉由本發明的電源模塊200可以滿足前述的應用需求。由於在電源模塊200內，直流電壓源201與超級電容207、208在放電時可以達到平衡的狀態，因此電源模塊200在密實的尺寸內能夠提供特定的功率密度，比如是超過1KW/Kg。
本發明另一優點是直流電壓源201可以保持在低電壓的情況下放電，如此可以減少直流電壓源201的壓降，且能夠延長直流電壓源201的使用時間，而通過超級電容207、208可以提供直流電壓源201所無法達到的大功率輸出。
請參閱圖3所示，是依照本發明第二較佳實施例的脈衝驅動工具及其配件的結構示意圖。該脈衝驅動工具可以使用如圖2所示的電源模塊200所提供的脈衝，藉以提供衝擊力進行各種動作。工具主體306，包括握柄305、觸發器307及可以容納電源模塊200的可拆卸容置器308，利用可更替配件接合於工具主體306上即可以進行各種工作。鏟型配件304，可以藉由一組螺釘或其它機械零件裝配到工具主體306的驅動模塊上，如此就變成電動鏟子，如圖3A所示，而可以進行移除表面殘留物的工作。
若是利用如圖3B所示的錘頭配件替代鏟型配件304，如此就變成電動錘頭，可以進行敲碎石頭或水泥等的工作。
若是將如圖3C所示的具有LED刻痕的壓印配件裝配到工具主體306上時，就會變成電動壓印器，可以進行字體到木頭、塑料或金屬的表面上。
若是將如圖3D所示的穿刺配件裝配到工具主體306上時，就會變成電動打孔器，藉由如圖2所示的電源模塊200可以提供穿刺的動力。
如上所述，只要能夠提供可更替配件衝力，並將可更替配件鎖固到工具主體306上，藉由位於可拆卸容置器308內的電源模塊就可以驅動可更替配件，進行想要做的工作。
請參閱圖4所示，是依照本發明第三較佳實施例的可攜式電源供應器及其配件的示意圖。其中，如圖4A所示的可攜式電源供應器可以藉由如圖2所示的電源模塊200來提供峰值電流。該可攜式電源供應器具有一殼體408，而殼體408內除了容納設有電源模塊200，還在殼體408內的一端容納設有閃光燈泡406作為警示之用，而另一端則容納設有緊急燈泡407作為照明之用。除了具有照明及警示的功能之外，該可攜式電源供應器還可以具有其它功能。一握柄409是設置位於殼體408的表面上，使得該可攜式電源供應器可以易於攜帶。另外，該殼體408的表面上還設有三個開關401、402、403，其中，開關401是可以作為電源模塊200的開或關之用，開關403可以是作為警示或照明的切換之用，開關402可以是作為激活或關閉圖2中方塊260內電路的運作之用，當激活圖2中方塊260內電路的運作時，該可攜式電源供應器會提供峰值電流，即可以進行需要大負載的工作。在殼體408的表面上設有二插口404、405，其中，該插口404是作為由電源模塊200所提供的峰值電流的電源插座，而通過插口405可以與外界電源電性連接，進行充電電源模塊200的直流電壓源201的工作。
請參閱圖4B所示，是汽車電池跨接線的示意圖，其中，該汽車電池跨接線411包括二跨接線412、413，跨接線412、413的一端具有突出連接頭416，可以插入到插口404中，藉以接收峰值電流，而二鱷魚夾414、415則是分別設置位於跨接線412、413的另一端，可以分別連接到汽車電池的正極端及負極端。當激活汽車的鑰匙在旋轉時，會激活引擎的起動器，此時圖2中的開關204則會壓下，使得電源模塊200可以提供足夠的電壓及電流，能夠持續產生火花點火。
請參閱圖4C所示，是焊接器配件的示意圖，當手在握持握柄423時，會激活觸發器422，此時焊接器可以通過插頭424接收由圖4A中可攜式電源供應器所輸出的峰值電流，而提供給設置位於殼體421內的時間電流控制電路。當觸發器422被間歇性地激活時，峰值電流脈波會輸出至電極的尖端，在進行點焊時，會使得電極420的尖端造成局部熔化。
請參閱圖4D所示，是焊槍配件的示意圖，焊槍430可以通過電線432及插頭434接收由圖4A中可攜式電源供應器所輸出的峰值電流，藉以熔化焊料，使得電子組件可以互相接合。
藉由裝配上如圖4B、圖4C及圖4D所示的可更替配件，如圖4A中的可攜式電源供應器會分別變成可攜式電池充電器、可攜式點焊器或可攜式烙鐵。然而，可攜式電源供應器並不限於上述的用途，只要適當的配件裝配到可攜式電源供應器的電源插座上之後，該可攜式電源供應器又可以用作其它的用途。並且，藉由控制直流電壓源及超級電容的能量貯存值，可以調整可攜式電源供應器的輸出功率及使用時間。
接下來，說明本發明電源模塊的一實施例，在圖2中的電源模塊200可以是由鋰電池及超級電容所構成，其中比如是具有八個型號18650的鋰電池(半徑為18mm，而長度為65mm)，是為2S4P的結構，亦即先將每兩個電池為一組進行串聯，然後再將此四組電池組進行並聯，而每一鋰電池比如可以提供3.7伏特的電壓，且具有2000mAh的容量及可比較的內電阻，因此直流電壓源201可以提供7.4伏特的電壓，且具有8000mAh的容量。
另外，電源模塊200可以具有六個超級電容，並將此六個超級電容分成兩組，每一組包括三個串聯的超級電容，其中每一超級電容具有2.5V×200F的容量，而其直徑是為50mm，長度是為75mm。在充電時，這兩組超級電容組會以並聯的方式連接，而在放電時，這些超級電容會短暫地切換至串聯連接。利用這個電池模塊及如圖4B所示的可更替配件，可以提供180A或240A的峰值電流，分別激活2000c.c.及3000c.c.的引擎排氣量的汽車，而峰值電流的維持期間可以是介於100ms與500ms之間。在傳統汽車電池的電壓是為12V的情況下，本實施例的電源模塊至少要提供2.16KW到2.88KW的功率，然而如此大的功率是無法單獨藉由8000mAh的鋰電池組所達成。由於240A的電流輸出會相等於8000mAh的電池組的30C的放電率，如此若是單獨利用鋰電池來充電的話，將會有慘烈的結果。另外，如前所述的電源模塊及其殼體總重為1.5Kg，而殼體具有5280ml的體積(150mm×160mm×220mm)。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以至少一較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其特徵在於其包括一直流電壓源；一開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該開關組件切換至串聯連接進行放電；一開關，與該開關組件電性連接，用以切換該開關組件的狀態；以及一升壓電路，與該直流電壓源電性連接，當該些電容通過該開關組件切換至串聯連接進行放電時，該升壓電路是並聯連接於該些電容。
2.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於其還包括一功率調整器，是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
3.根據權利要求2所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
4.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
5.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的開關組件的結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
6.根據權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
7.一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其特徵在於其包括一直流電壓源；一開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該開關組件切換至串聯連接進行放電；以及一開關，與該開關組件電性連接，用以切換該開關組件的狀態。
8.根據權利要求7所述的電源模塊，其特徵在於其還包括一功率調整器，是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
9.根據權利要求8所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
10.根據權利要求7所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
11.根據權利要求7所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的開關組件的結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
12.根據權利要求7所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
13.一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，其特徵在於其包括一直流電壓源；一第一開關組件，與該直流電壓源電性連接；一第二開關組件，與該直流電壓源電性連接；複數個電容，與該第一開關組件電性連接，該些電容是並聯連接進行充電，而該些電容是通過該第一開關組件切換至串聯連接進行放電；一第一開關，電性連接於該第一開關組件與該第二開關組件之間；一第二開關，電性連接於該第一開關組件與該第二開關組件之間；以及一升壓電路，與該第二開關組件電性連接；其中藉由切換該第二開關組件能夠使該電源模塊切換至一第一狀態及一第二狀態，二者擇一，其中在切換至該第一狀態下，該升壓電路是與該直流電壓源電性連接，當該些電容通過該第一開關組件切換至串聯連接進行放電時，該升壓電路是並聯連接於該些電容，該第一開關是通過該第二開關組件與該直流電壓源電性連接，用以切換該第一開關組件的狀態，而該第二開關與該直流電壓源之間是為電性斷路；在切換至該第二狀態下，該升壓電路與該直流電壓源之間是為電性斷路，該第二開關是通過該第二開關組件與該直流電壓源電性連接，用以切換該第一開關組件的狀態，而該第一開關與該直流電壓源之間是為電性斷路。
14.根據權利要求13所述的電源模塊，其特徵在於其還包括一功率調整器，在切換至該第二狀態下，該功率調整器是與該直流電壓源電性連接，用以控制該電源模塊的輸出功率。
15.根據權利要求14所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的功率調整器包括複數個電阻，該些電阻的其中之一是電性連接至該直流電壓源；一脈波寬度調整器，與該些電阻電性連接，藉由選擇該些電阻的其中之一與該直流電壓源電性連接，而控制該脈波寬度調整器的輸出；以及一電晶體，該電晶體的閘極是與該脈波寬度調整器電性連接，依照該脈波寬度調整器的輸出是藉以決定該電晶體的開啟時間及控制該電源模塊的輸出功率。
16.根據權利要求13所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的直流電壓源的結構型態是為一次電池、二次電池、燃料電池、金屬空氣電池、太陽電池、風能電池及整流後的交流電的其中一種。
17.根據權利要求13所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的第一開關組件的結構型態是為電磁電驛、固態電驛及螺線管的其中一種。
18.根據權利要求13所述的電源模塊，其特徵在於其中所述的該些電容的結構型態是為超級電容、極端電容及電雙層電容的其中一種。
全文摘要
一種用以產生各種類型脈衝的電源模塊，包括一直流電壓源；一開關組件，與直流電壓源電性連接；複數電容，與開關組件電性連接，該些電容並聯進行充電，通過開關組件切換至串聯進行放電；一開關，與開關組件電性連接，以切換開關組件狀態；及一升壓電路，與直流電壓源電性連接，當該些電容通過開關組件切換至串聯進行放電時，升壓電路是並聯於該些電容。藉電池及超級電容組合可提供脈衝驅動各種多功能工具，藉超級電容可增加電源模塊功率輸出，當其並聯時直流電壓源可對超級電容充電，按壓下工具觸發器時超級電容會切換至串聯進行放電。其可使電池數目減少，且控制並聯及串聯的開關設計簡易，可降低成本，以工具主體加上可更替配件及電源模塊後，可進行在家或野外的工作與維修。
文檔編號H02J7/00GK1549419SQ03130918
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月8日 優先權日2003年5月8日
發明者薛立人, 孫實慶, 鍾興振, 鄭仁傑 申請人:友昕科技股份有限公司