序言
如今大部分地区，因为工商业的开展及民生需求的添加，水资源的缺少已成为了不容忽视的潜在要挟。自1950年代起，林林总总的海水淡化方法连续被创造且改进，而近年来一项新的海水淡化方法—电容去离子化法被提出，其为运用特别外表结构的电容吸附海水中不同的正负离子，以到达海水淡化之意图[1,2]，这样的方法不仅在海水淡化中有很大的运用空间，更能够扩及到废污水的处理运用。因为电容去离子化法是藉由电容淡化模块上所贮存的电荷招引海水中相反极性的粒子，故传统上运用于此的节能电路是透过将每一级淡化完结之电容上的电荷以升降压转化器转至下一级电容来到达节能的意图。完好运用电容去离子化法之海水淡化体系示意图如图1所示[3]，其运作进程有两个首要部分，第一部分为淡化阶段，此一时期，淡化模块开端充电，在海水注入今后，电容之可导电石墨外表会吸附海水中之带电性粒子。第二部分为清洗阶段，意图为洗去附着在金属电容板上之带电粒子，以利后续新一轮循环淡化的进行。传统上，此一阶段会先将电容板上所存之电荷透过直流转化器转化至下一级，再于无电性吸附的状况下以卤水清洗金属电容板，以完毕清洗阶段。
在前面的操作中咱们能够发现，每一级淡化模块放电时，因为有少量部分能量无法透过升降压转化器放出而留在电容上，此刻残存之能量会吸附电容板上的带电粒子而形成电容板不易清洗的现象，因而使清洗阶段时刻变长，如此一来将会使扶引卤水的驱动马达发生额定的能量耗费。
本文透过将升降压转化器的输出电压极性作替换改换，使得金属电容板上的充放电极性亦可交互改换，让与吸附粒子相反极性的电荷可彻底放出，乃至是如图2所示，相同极性的电荷因反相充电累积在金属电容板上，关于不易清洗的粒子发生排挤的静电力，使得冲刷离子变得更为简略，缩短清洗阶段所需求花费的时刻。
为了到达输出电压的极性改换，咱们以图3的电路架构来完成。咱们的意图是将电容C1上的电压透过升降压转化器转至电容C2，因而，考虑电容C1上的电压可能有两种极性散布，咱们以桥式二极管来做整流。当功率晶体管M5导通时，C1上的电压不管极性为何，电流均会依序流过功率晶体管M5，感测电阻R及电感L，而当M5封闭时，电感电流将会经由二极管D及恰当的M1~M4途径挑选对电容C2充电，其间，M1~M4的全桥架构将能够决议电容C2的极性，到达咱们一开端所设定输出极性改换的方针。
在操控方面，咱们分红两个操控回路，第一个部分是针对开关M5的操作，另一个部份是用以决议全桥架构M1~M4的途径挑选。首要，当开关M5导通时，流经电感与感测电阻的电流值上升，此刻感测电阻两头的跨压将流于其上的电流转化成电压信号，并透过恰当的扩大后，于磁滞比较器进行比较，以发生M5的操控信号。这样的操控意图在于当转化进程进行时，电容C1及C2上的电压均处于改变状况，因而若选用传统的定频操控，将使得转化功率失落，而磁滞比较器是设定转化电流的上下限，因而能够保证在每次的转化中，电感均是转化相同的能量，故有较佳的转化功率。一起咱们也能够留意到，因为电容C1及C2上的电压均处于改变状况，因而切换的频率也会不同，大约为较低频率逐步升高，再逐步下降的趋势。别的的一路操控途径则是以磁滞比较器判别电容C1上的极性，再透过反相器制造一组反相的信号，并依需求来决议全桥架构M1~M4的导通景象以作为电容C2的充电途径挑选，从而决议电容C2的极性。
因为当M5导通时，电流导通于图3左半边的回路，此途径在等效上能够以一无电源的RLC串行电路来替代，而只是在电容上有跨压作为初始条件，因而咱们以这样的等效电路对整个电路做开始剖析。首要咱们决议电容的部分，因为现在电容去离子化法并没有实践的大规模商业化运用，因而并无可供参考的标准，但是理论上试验中的电容是以平行金属板制造，其所运用的电容值均在数法拉至数十法拉之间，因而咱们能够合理揣度电容值的选定应越大越好以尽量契合实在的状况，一起考虑因本试验将以电解电容并联的方法来等效大电容，因而咱们在合理且便利量测的状况下选取电容值为68mF作为试验及评论的根据。在电感值的选定上咱们能够和一般电源转化器做比较，在一般的规划中，电感值是决议流于其上的电流涟波巨细的重要参数，但是在此因为并非传统定电压源的规划，一起操控方法也有所不同，因而所考虑的仅是在操作时电感防止到达磁饱满，一起考虑此电感值关于整个无电源的RLC串行电路会形成怎么的影响，而且考虑其能量转化功率的问题，在此咱们先选取电感值为2.4mH来进行后续的剖析，并于之后再回头来评论电感值的不同所形成的影响。最终，在这个RLC串行电路中，咱们还需求决议感测电阻所运用的阻值，因为整个电路中并没有固定的电源，一起在开关操控的部分是以流经感测电阻上的电流做为操控的信号根据，因而当开关导通时，咱们能够说回路上的电流是以回路中的电阻值来决议其电流的体现。
关于一个无电源的RLC串行电路，咱们能够以下列式子表明整个回路的方程式：
图4显现了实践开关在切换时的景象，咱们能够从中看出两种切换的比较，而在阻你比分为为临界阻尼的10倍及0.1倍的状况下，比较过阻尼及欠阻尼的电流波形，如图5所示，咱们能够发现在不失一般性的状况下，关于感测电阻上之耗能作积分核算，在带入初始值的条件下，咱们能够得到欠阻尼有较低耗能的作用。
相同的，反之则会使开关切换的频率上升，在此一起，咱们也需求留意，电感值在满足大使将使得无电源的RLC串行电路简略操作在欠阻尼的区间，从而使得感测电阻的挑选弹性上升，当感测电阻值过小时，简略形成其上的电流讯受噪声的影响，故虽理论上感测电阻值是越小越好，但实践上仍需合作实践的量测及运用环境而选定。
试验作用
为了验证体系的正确性，这儿运用离散组件实做电压双象限升降压直流转化器，如下图6。为削减导通损耗形成的功率耗费，所运用的功率晶体管为低导通电阻的N-MOSFET IRFB3206，而扩大器是运用INA117p来做单倍准确的电压扩大，之后的电压信号扩大是以TL082CN完成，磁滞比较器则是以比较器LM393N及S-R闩锁器CD4043接成磁滞的功能来完成，闸极驱动器的部分运用IR2104，整个体系的最高电压设定在15V，最低则是在-15V。
图7是以电容C1预先充电至20V之正向转化试验作用，其间正反相转化并无严厉界说，仅作为差异不同的操作形式运用，在此试验作用下，咱们能够发现能量转化功率在大约75%，为可接受的效能体现。图8为电容C1预先充电至20V之反向转化试验作用，从量测曲线中能够发现能量转化功率也有约75%，证明在此一架构及操控方法下，咱们能够到达所设定的电压双象限升降压直流转化器规划，两者的切换频率均变化于约300Hz至2.2kHz之间。而且因为开始关于电路架构的评论，在能量转化方面也能够到达75%的转化效能，此点在关于整个电路作更翔实及谨慎的剖析与模仿后可望再进一步的提高。
现在在电容去离子化的节能体系规划上，许多试验作用是运用相同的改换极性概念，但是这些极性的输出改换是透过繁复的规划结构及操控完成，在此咱们提出并验证了此
一简略改换输出电压极性的架构与操控方法。
整个规划之后将用于结合完好的电容去离子化体系，因为类似的概念在海水淡化的电透析法中实践运用后得到了明显的节能作用，因而咱们估计能在整个体系的效能上得到明显的提高。
总结
本文针对关于环境冲击较小且更为节能的%&&&&&%去离子化技能做节能架构的改进，传统升降压转化器中，当输入电源固守时，因其架构的特性，输出电压的极性也无法变化，因而所评论的节能架构中，以和电透析技能类似的作法，将淡化模块作周期性的电压极性改换，可将运用于淡化模块的节能架构功率做更进一步的提高，从而提高整个体系的功率，因而本文着重在怎么将用于节能架构中之升降压转化器的输出电压极性做周期性的改换，并以低成本的方法完成。
