[go: up one dir, main page]

RU2849575C2 - Power factor corrector - Google Patents

Power factor corrector

Info

Publication number
RU2849575C2
RU2849575C2 RU2023112714A RU2023112714A RU2849575C2 RU 2849575 C2 RU2849575 C2 RU 2849575C2 RU 2023112714 A RU2023112714 A RU 2023112714A RU 2023112714 A RU2023112714 A RU 2023112714A RU 2849575 C2 RU2849575 C2 RU 2849575C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diodes
terminal
capacitor
power factor
connection point
Prior art date
Application number
RU2023112714A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2023112714A (en
Inventor
Евгений Михайлович Силкин
Original Assignee
Евгений Михайлович Силкин
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Михайлович Силкин filed Critical Евгений Михайлович Силкин
Publication of RU2023112714A publication Critical patent/RU2023112714A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2849575C2 publication Critical patent/RU2849575C2/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: in power factor corrector containing connected to device negative and positive potential input terminals series circuit of first (1), second (2) and third (3) diodes, anode of first diode (1) is connected to terminal of negative potential, and cathode of third diode (3) is connected to terminal of positive potential, common connection point of first (1) and second (2) diodes is connected to positive potential terminal through first capacitor (4), and second (2) and third (3) diodes common connection point is connected to second capacitor (5) first terminal, series circuit is shunted according to the second series circuit from fourth (6), fifth (7) and sixth (8) diodes, the second terminal of second capacitor 5 is connected to the common connection point of fourth (6) and fifth (7) diodes, and common connection point of fifth (7) and sixth (8) diodes is connected to negative potential terminal through third capacitor (9).
EFFECT: increasing power coefficient and efficiency of power supply units with power coefficient corrector, as well as improving coefficient of form, reducing coefficient of harmonics of current consumed from the mains and multiplicity of their start-up current.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании новых энергоэффективных источников питания для газоразрядных и светодиодных ламп, а также других типов устройств электроснабжения различных потребителей с емкостными фильтрами и нагрузками емкостного характера от сети переменного тока. Изобретение направлено на увеличение коэффициентов мощности и полезного действия источников питания, а также на улучшение коэффициента формы, снижение коэффициента гармоник потребляемого от сети тока и кратности их тока запуска.This invention relates to electrical engineering and can be used in the design of new energy-efficient power supplies for gas-discharge and LED lamps, as well as other types of power supply devices for various consumers with capacitive filters and capacitive loads from an AC network. The invention aims to increase the power factors and efficiency of power supplies, as well as improve the form factor, reduce the harmonic distortion factor of the current drawn from the network, and reduce the frequency of their starting current.

Известен корректор коэффициента мощности, содержащий подключенные к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства конденсатор и шунтирующий его резистор (П. 162915 РФ, МКИ H01L 33/00. Интегрированный источник оптического излучения / Силкин Е.М. - Заявл. 12.08.2015, опубл. 27.06.2016, бюл. №18).A power factor corrector is known that contains a capacitor connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device and a resistor shunting it (P. 162915 RF, IKI H01L 33/00. Integrated source of optical radiation / Silkin E.M. - Stated 12.08.2015, published 27.06.2016, Bulletin No. 18).

Такое соединение элементов используется для фильтрации напряжения, например, на выходе однофазного выпрямителя в разнообразных конструкциях современных систем электроснабжения сравнительно небольшой мощности и представляет собой для сети нелинейную емкостную нагрузку.This connection of elements is used for voltage filtering, for example, at the output of a single-phase rectifier in various designs of modern power supply systems of relatively low power and represents a nonlinear capacitive load for the network.

Недостатками известного корректора коэффициента мощности является малая обеспечиваемая эффективность и низкий коэффициент полезного действия, который в применяемых конструкциях может достигать величины не более 50-70%. Устройство, как правило, характеризуется крайне высокими достигаемыми значениями коэффициента гармоник потребляемого от сети тока и кратности тока запуска. Фактически для такого корректора имеет место отрицательный (обратный) эффект - снижения коэффициента мощности до величины 0,5…0,6, а кратность пускового тока без применения дополнительных элементов ограничивается только внутренними сопротивлениями цепей выпрямителя и импедансом конденсатора. Однако рассмотренное техническое решение, тем не менее, как уже отмечено выше, широко применяется для обеспечения сглаживания пульсаций напряжения в звене постоянного тока источников питания малой и, реже, средней мощности. Уменьшение переменной составляющей выпрямленного напряжения (снижение коэффициента пульсаций) за счет увеличения емкости конденсатора приводит к дальнейшему снижению коэффициента мощности, возрастанию коэффициента гармоник и броска (кратности) пускового тока, а также к росту эффективного (действующего) входного тока источника питания в рабочих режимах. Все это существенно увеличивает общие потери в устройстве и ведет к дальнейшему снижению коэффициента полезного действия.The disadvantages of conventional power factor correctors include low efficiency and a low performance factor, which in the designs used can reach values of no more than 50-70%. The device is typically characterized by extremely high achievable harmonic distortion factors (THDs) of the current drawn from the grid and inrush current ratios. In fact, such a corrector has a negative (reverse) effect—it reduces the power factor to 0.5–0.6, and the inrush current ratio without the use of additional components is limited only by the internal resistances of the rectifier circuits and the impedance of the capacitor. However, as noted above, the technical solution discussed is widely used to smooth out voltage pulsations in the DC link of low-power and, less commonly, medium-power power supplies. Reducing the AC component of the rectified voltage (reducing the ripple factor) by increasing the capacitor capacitance leads to a further reduction in the power factor, an increase in the harmonic distortion factor and the inrush current, and an increase in the effective input current of the power supply in operating modes. All this significantly increases the overall losses in the device and leads to a further reduction in efficiency.

Известен корректор коэффициента мощности, содержащий подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из конденсатора и динистора, присоединенного своим катодом к выводу положительного потенциала и зашунтированного встречно диодом (П. 185192 РФ, МКИ Н02М 7/06. Корректор коэффициента мощности / Солдаткин B.C., Иванов А.Н., Олисовец А.Ю., Туев В.И., Хабаров М.В. - Заявл. 06.07.2018, опубл. 26.11.2018, бюл. №33).A power factor corrector is known that contains a series circuit of a capacitor and a dinistor connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the cathode of which is connected to the positive potential terminal and shunted by a counter diode (P. 185192 RF, IKI H02M 7/06. Power factor corrector / Soldatkin V.S., Ivanov A.N., Olisovets A.Yu., Tuev V.I., Khabarov M.V. - Claim 06.07.2018, published 26.11.2018, Bulletin No. 33).

Недостатком известного корректора коэффициента мощности является сравнительно малая достигаемая эффективность и низкий коэффициент полезного действия устройств на его основе, который может составлять величину не более 65%. Коэффициент мощности, обеспечиваемый устройством, не превышает 0,7, кратность пускового тока не может быть ниже, чем при использовании фильтровых конденсаторов, а коэффициент гармоник составляет не менее 135%. Устройство характеризуется широким разбросом достигаемых параметров и неповторяемостью режимов работы, а также низкой надежностью самого процесса коррекции из-за особенностей типовых характеристик динистора и, в определенной мере, схемотехнической сложностью.A disadvantage of the known power factor corrector is its comparatively low achievable efficiency and the low performance factor of devices based on it, which can be as low as 65%. The power factor achieved by the device does not exceed 0.7, the inrush current ratio cannot be lower than when using filter capacitors, and the harmonic distortion factor is at least 135%. The device is characterized by a wide range of achieved parameters and non-repeatability of operating modes, as well as low reliability of the correction process itself due to the specific characteristics of the typical dinistor and, to a certain extent, the circuit complexity.

Известен корректор коэффициента мощности, содержащий подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из первого, второго диодов, дросселя, третьего и четвертого диодов, анод первого диода соединен с выводом отрицательного потенциала, а катод четвертого диода соединен с выводом положительного потенциала, общая точка соединения первого и второго диодов подключена к выводу положительного потенциала через первый конденсатор, а общая точка соединения третьего и четвертого диодов подключена к выводу отрицательного потенциала через второй конденсатор (П. 158331 РФ, МКИ H01L 33/00. Источник оптического излучения / Силкин Е.М. - Заявл. 21.05.2015, опубл. 27.12.2015, бюл. №36).A power factor corrector is known that comprises a series circuit of first and second diodes, a choke, and third and fourth diodes connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the anode of the first diode being connected to the terminal of the negative potential, and the cathode of the fourth diode being connected to the terminal of the positive potential, the common connection point of the first and second diodes being connected to the terminal of the positive potential through the first capacitor, and the common connection point of the third and fourth diodes being connected to the terminal of the negative potential through the second capacitor (P. 158331 RF, IPC H01L 33/00. Optical radiation source / Silkin E.M. - Cl. 21.05.2015, published 27.12.2015, Bulletin No. 36).

Недостатком известного корректора коэффициента мощности является сравнительно невысокая достигаемая эффективность (0,89... 0,91) и малый коэффициент полезного действия устройств на его основе, который может составлять величину не более 75% из-за существенных потерь в дросселе и диодах. Коэффициент гармоник потребляемого от сети тока систем на его основе, как правило, не превышает 30%. Устройства электроснабжения характеризуются и довольно низкой надежностью работы из-за загрузки нулевого провода сети кратными гармониками тока. При этом кратность тока запуска устройств с известным корректором коэффициента мощности существенно снижена по сравнению с системами, использующими фильтровые конденсаторы, однако остается еще недостаточно низкой.A disadvantage of the conventional power factor corrector is its relatively low achievable efficiency (0.89...0.91) and the low efficiency of devices based on it, which can be as low as 75% due to significant losses in the inductor and diodes. The harmonic distortion factor (HDF) of the current drawn from the grid in systems based on it typically does not exceed 30%. Power supply devices are also characterized by relatively low reliability due to the neutral wire being loaded with multiple harmonics of the current. Moreover, the starting current of devices using conventional power factor correctors is significantly reduced compared to systems using filter capacitors, but remains insufficiently low.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является корректор коэффициента мощности, содержащий подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из первого, второго и третьего диодов, анод первого диода соединен с выводом отрицательного потенциала, а катод третьего диода соединен с выводом положительного потенциала, общая точка соединения первого и второго диодов подключена к выводу положительного потенциала через первый конденсатор, а общая точка соединения второго и третьего диодов подключена к выводу отрицательного потенциала через второй конденсатор (П. 160311 РФ, МКИ H01L 33/00. Интегрированный источник оптического излучения / Силкин Е.М. - Заявл. 25.06.2015, опубл. 10.03.2016, бюл. №7).The closest in technical essence to the invention is a power factor corrector, comprising a series circuit of first, second and third diodes connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the anode of the first diode is connected to the terminal of the negative potential, and the cathode of the third diode is connected to the terminal of the positive potential, the common connection point of the first and second diodes is connected to the terminal of the positive potential through the first capacitor, and the common connection point of the second and third diodes is connected to the terminal of the negative potential through the second capacitor (P. 160311 RF, IPC H01L 33/00. Integrated source of optical radiation / Silkin E.M. - Cl. 25.06.2015, published 10.03.2016, Bulletin No. 7).

Известный корректор коэффициента мощности выбран в качестве прототипа изобретения.A well-known power factor corrector is selected as a prototype of the invention.

Данное техническое решение обеспечивает эффективность до 0,88... 0,90, снижение коэффициента гармоник до 30…37%, уменьшение кратности тока запуска в четыре раза (по сравнению с устройствами, использующими емкостную фильтрацию). Напряжение на конденсаторах снижено в два раза, что существенно повышает надежность работы соответствующих устройств.This technical solution provides efficiency up to 0.88...0.90, a reduction in harmonic distortion of 30...37%, and a fourfold reduction in starting current (compared to devices using capacitive filtering). The voltage across the capacitors is halved, significantly increasing the reliability of the corresponding devices.

Недостатком прототипа остается низкий коэффициент полезного действия (около 80%) из-за сравнительно высокого коэффициента гармоник потребляемого от сети тока, ограниченная предельная величина эффективности (>0,9), относительно высокая для ответственных применений кратность пускового тока и довольно значительный уровень рабочего эффективного тока, снижающие надежность работы систем электропитания и электроснабжения.The disadvantage of the prototype remains the low efficiency factor (about 80%) due to the relatively high harmonic distortion factor of the current consumed from the network, the limited maximum efficiency value (>0.9), the relatively high starting current factor for critical applications and the rather significant level of the operating effective current, which reduce the reliability of the power supply and electrical power systems.

Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности (среднего коэффициента мощности систем электропитания и электроснабжения), предельного коэффициента полезного действия и надежности устройств, что является целью изобретения. Технический результат заключается в повышении коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, снижении коэффициента гармоник потребляемого от сети тока, оптимизация коэффициента формы потребляемого тока устройств, уменьшении кратности пускового тока и снижении эффективного рабочего тока, повышении надежности работы систем электроснабжения и электропитания с заявляемым (пассивным) корректором коэффициента мощности.The invention is aimed at improving the efficiency (average power factor of power supply and electrical power systems), the maximum efficiency, and the reliability of devices, which is the objective of the invention. The technical result consists of increasing the power factor and efficiency, reducing the harmonic distortion factor of the current drawn from the network, optimizing the shape factor of the current drawn by devices, reducing the inrush current ratio and the effective operating current, and increasing the operational reliability of power supply and electrical power systems with the claimed (passive) power factor corrector.

Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в корректоре коэффициента мощности, содержащем подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из первого, второго и третьего диодов, анод первого диода соединен с выводом отрицательного потенциала, а катод третьего диода соединен с выводом положительного потенциала, общая точка соединения первого и второго диодов подключена к выводу положительного потенциала через первый конденсатор, а общая точка соединения второго и третьего диодов подключена к первому выводу второго конденсатора, последовательная цепь зашунтирована согласно второй последовательной цепью из четвертого, пятого и шестого диодов, второй вывод второго конденсатора соединен с общей точкой соединения четвертого и пятого диодов, а общая точка соединения пятого и шестого диодов подключена к выводу отрицательного потенциала через третий конденсатор.The said objective and technical result are achieved by the fact that in a power factor corrector containing a series circuit of the first, second and third diodes connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the anode of the first diode is connected to the terminal of the negative potential, and the cathode of the third diode is connected to the terminal of the positive potential, the common connection point of the first and second diodes is connected to the terminal of the positive potential through the first capacitor, and the common connection point of the second and third diodes is connected to the first terminal of the second capacitor, the series circuit is shunted accordingly by a second series circuit of the fourth, fifth and sixth diodes, the second terminal of the second capacitor is connected to the common connection point of the fourth and fifth diodes, and the common connection point of the fifth and sixth diodes is connected to the terminal of the negative potential through the third capacitor.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение коэффициента мощности до 0,96…0,97, коэффициента полезного действия устройств с корректором коэффициента мощности до 90…93% за счет изменения принципа функционирования, улучшения технических характеристик корректора коэффициента мощности и возможных вариантов его конструктивного исполнения. Устройства с заявляемым пассивным корректором имеют низкий уровень радиопомех и излучений, обладают сравнительно низким коэффициентом гармоник потребляемого от сети тока (>14%) и улучшенным коэффициентом формы, обеспечивают малые броски (кратность) пускового тока (при включении они практически отсутствуют при учете импедансов конденсаторов). Кратности токов запуска снижаются (при одинаковых, сравнимых параметрах и условиях) минимум в девять раз по сравнению, например, с системами, использующими фильтровые конденсаторы, а также ограничиваются амплитуды входного рабочего тока. Снижен на 50-60% уровень эффективного потребляемого устройством от сети тока (при выполнении на заданную мощность) и коммутационные потери в элементах, в частности, в диодах моста при комплектовании выпрямителей. Максимальные значения напряжений на конденсаторах могут быть уменьшены в три раза, что повышает надежность работы.A significant distinguishing feature of the invention is the increase in the power factor to 0.96...0.97, and the efficiency of devices with a power factor corrector to 90...93% due to a change in the operating principle, improved technical characteristics of the power factor corrector, and possible design options. Devices with the claimed passive corrector exhibit low levels of radio interference and emissions, have a comparatively low harmonic distortion factor of the current consumed from the network (>14%) and an improved form factor, ensuring small surges (multiples) of the inrush current (during switch-on, they are virtually absent, taking into account the impedances of the capacitors). Inrush current multiples are reduced (under the same, comparable parameters and conditions) by at least nine times compared to, for example, systems using filter capacitors, and the amplitudes of the input operating current are also limited. The device's effective current consumption from the mains (when operating at the specified power level) and switching losses in components, particularly in the bridge diodes used in rectifier assemblies, have been reduced by 50-60%. Maximum capacitor voltages can be reduced by a factor of three, improving operational reliability.

Повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия, снижение коэффициента гармоник потребляемого от сети тока, оптимизация коэффициента формы потребляемого тока устройств, уменьшение кратности пускового тока и снижение амплитуд и эффективного рабочего тока, повышение надежности работы систем электроснабжения и электропитания с заявляемым пассивным корректором коэффициента мощности обусловлено новыми принципами устройства и новой конструкцией корректора, новой электрической схемой, реализацией входной цепи, новыми элементами и связями, то есть, отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого корректора коэффициента мощности являются существенными.The improvement in power factor and efficiency, reduction in the harmonic distortion factor of the current drawn from the grid, optimization of the current shape factor of the devices, reduction in the inrush current ratio, and reduction in the amplitude and effective operating current, as well as increased reliability of power supply systems and power supplies with the claimed passive power factor corrector, are due to new design principles and a new corrector design, a new electrical circuit, implementation of the input circuit, new components and connections—that is, the distinctive features of the invention. Thus, the distinctive features of the claimed power factor corrector are significant.

На фигуре приведена типовая электрическая схема корректора коэффициента мощности.The figure shows a typical electrical circuit of a power factor corrector.

Корректор коэффициента мощности содержит подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из первого (1), второго (2) и третьего (3) диодов, анод первого диода 1 соединен с выводом отрицательного потенциала, а катод третьего диода 3 соединен с выводом положительного потенциала, общая точка соединения первого 1 и второго 2 диодов подключена к выводу положительного потенциала через первый конденсатор (4), а общая точка соединения второго 2 и третьего 3 диодов подключена к первому выводу второго конденсатора (5), последовательная цепь зашунтирована согласно второй последовательной цепью из четвертого (6), пятого (7) и шестого (8) диодов, второй вывод второго конденсатора 5 соединен с общей точкой соединения четвертого 6 и пятого 7 диодов, а общая точка соединения пятого 7 и шестого 8 диодов подключена к выводу отрицательного потенциала через третий конденсатор (9).The power factor corrector comprises a series circuit of the first (1), second (2) and third (3) diodes connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the anode of the first diode 1 is connected to the terminal of the negative potential, and the cathode of the third diode 3 is connected to the terminal of the positive potential, the common connection point of the first 1 and second 2 diodes is connected to the terminal of the positive potential through the first capacitor (4), and the common connection point of the second 2 and third 3 diodes is connected to the first terminal of the second capacitor (5), the series circuit is shunted accordingly by a second series circuit of the fourth (6), fifth (7) and sixth (8) diodes, the second terminal of the second capacitor 5 is connected to the common connection point of the fourth 6 and fifth 7 diodes, and the common connection point of the fifth 7 and sixth 8 diodes is connected to the terminal of the negative potential through the third capacitor (9).

Корректор коэффициента мощности в установившемся режиме работает следующим образом. Предположим корректор и нагрузка подключены к выходу однофазного выпрямительного моста на диодах или тиристорах (транзисторах). Величины емкостей конденсаторов 4, 5, 9 в устройстве могут быть как равными друг другу, так и отличающимися (в различных сочетаниях величин). Предпочтительным при реализации устройства является равенство емкостей конденсаторов 4, 5, 9. В этом случае конденсаторы 4, 5, 9 рассчитываются на одинаковое максимальное напряжение и при работе заряжаются до одинаковых величин напряжений, приблизительно равных одной трети (1/3) от максимального напряжения между входными выводами отрицательного (-) и положительного (+) потенциала. Однофазный мост может быть реализован на дискретных элементах или иметь интегральное исполнение (например, MBS10F или КЦ407). Принцип работы устройства при этом остается неизменным. Однофазный мост выпрямляет (преобразует) переменное питающее (сетевое) напряжение в знакопостоянное с пульсацией на частоте 100 Гц (при сетевом напряжении частотой 50 Гц). То есть, напряжение на выходе однофазного выпрямительного моста представляет собой пульсирующее напряжение с частотой, равной удвоенной частоте питающей сети (на входе выпрямительного моста), и амплитудой, равной амплитуде напряжения питающей сети, уменьшенной на величину падения напряжения на диодах (тиристорах) моста и соединительных шин (обмотке питающего трансформатора при его наличии). Если мгновенное напряжение на входе устройства (корректора и нагрузки) превышает сумму напряжений на конденсаторах 4, 5, 9, они начинают заряжаться. Заряд конденсаторов 4, 5, 9 происходит через диоды 2, 7 (см. фигуру) по цепи: «+» - 4 - 2 - 5 - 7 - 9 - «-». При равенстве емкостей конденсаторов 4, 5, 9 они заряжаются, как отмечено, приблизительно до равных напряжений по величине в одну треть (1/3) от амплитуды напряжения питающей сети. Заряд осуществляется в последовательной цепи конденсаторов 4, 5, 9. Если емкости конденсаторов 4, 5, 9 различны, напряжения на них разделяются обратно пропорционально величинам упомянутых емкостей. Эквивалентная емкость в цепи заряда соответствует емкости последовательного соединения (что предельно в три раза меньше емкости одного конденсатора, если емкости равны). При снижении мгновенного напряжения на входе корректора коэффициента мощности (на выходе моста) до величины в 1/3 от амплитуды напряжения питающей сети (приблизительно, при равенстве емкостей конденсаторов 4, 5, 9) включаются диоды 1 и 8, и конденсаторы 4, 9 начинают разряжаться параллельно на нагрузку, подключаемую между входными выводами отрицательного (-) и положительного (+) потенциала корректора (цепи разряда: «-» - 1 - 4 - «+» и «-» - 9 - 8 - «+»). Емкость в цепи разряда равна сумме емкостей конденсаторов 4 и 9. При дальнейшем снижении напряжения (минимально на величину падения напряжения на одном диоде, при равенстве емкостей конденсаторов 4, 5, 9) включаются диоды 3 и 6 и начинается разряд конденсатора 5 на нагрузку по цепи: «-» - 6 - 5 - 3 - «+». Если корректор выполняется с различными емкостями конденсаторов 4, 5, 9 возможно разделение моментов включения в работу каждого из конденсаторов 4, 5, 9. При этом все три конденсатора 4, 5, 9 на конечном интервале разряда включаются в работу и работают параллельно на нагрузку (при равенстве емкостей конденсаторов эквивалентная емкость в девять раз превышает эквиват лентную емкость при заряде конденсаторов 4, 5, 9, что позволяет, в частности, в девять раз снизить амплитуду броска или кратность тока при включении устройства и существенно улучшить коэффициент формы потребляемого тока).The power factor corrector operates in steady-state mode as follows. Assume the corrector and load are connected to the output of a single-phase rectifier bridge with diodes or thyristors (transistors). The capacitance values of capacitors 4, 5, and 9 in the device may be equal to each other or different (in various combinations of values). When implementing the device, it is preferable to have equal capacitances for capacitors 4, 5, and 9. In this case, capacitors 4, 5, and 9 are rated for the same maximum voltage and, during operation, charge to the same voltage values, approximately equal to one-third (1/3) of the maximum voltage between the input terminals of the negative (-) and positive (+) potential. The single-phase bridge can be implemented using discrete elements or have an integrated design (e.g., MBS10F or KC407). The operating principle of the device remains unchanged. A single-phase bridge rectifies (converts) the alternating supply (line) voltage into direct voltage with a pulsation frequency of 100 Hz (at a line voltage frequency of 50 Hz). That is, the voltage at the output of the single-phase rectifier bridge is a pulsating voltage with a frequency equal to twice the frequency of the power supply network (at the input of the rectifier bridge) and an amplitude equal to the amplitude of the power supply network voltage, reduced by the voltage drop across the diodes (thyristors) of the bridge and the connecting buses (the winding of the power transformer, if any). If the instantaneous voltage at the input of the device (corrector and load) exceeds the sum of the voltages on capacitors 4, 5, 9, they begin to charge. The charging of capacitors 4, 5, 9 occurs through diodes 2, 7 (see figure) along the circuit: "+" - 4 - 2 - 5 - 7 - 9 - "-". When the capacitances of capacitors 4, 5, and 9 are equal, they are charged, as noted, to approximately equal voltages of one-third (1/3) of the supply voltage amplitude. Charging occurs in a series circuit of capacitors 4, 5, and 9. If the capacitances of capacitors 4, 5, and 9 are different, the voltages across them are inversely proportional to the values of the aforementioned capacitances. The equivalent capacitance in the charging circuit corresponds to the capacitance of the series connection (which is, at most, three times less than the capacitance of a single capacitor if the capacitances are equal). When the instantaneous voltage at the input of the power factor corrector (at the output of the bridge) decreases to a value of 1/3 of the amplitude of the supply network voltage (approximately, when the capacitances of capacitors 4, 5, 9 are equal), diodes 1 and 8 are turned on, and capacitors 4, 9 begin to discharge in parallel onto the load connected between the input terminals of the negative (-) and positive (+) potential of the corrector (discharge circuits: "-" - 1 - 4 - "+" and "-" - 9 - 8 - "+"). The capacitance in the discharge circuit is equal to the sum of the capacitances of capacitors 4 and 9. With a further decrease in voltage (minimum by the value of the voltage drop on one diode, when the capacitances of capacitors 4, 5, 9 are equal), diodes 3 and 6 are turned on and the discharge of capacitor 5 onto the load begins along the circuit: "-" - 6 - 5 - 3 - "+". If the corrector is made with different capacities of capacitors 4, 5, 9, it is possible to separate the moments of switching on each of the capacitors 4, 5, 9. In this case, all three capacitors 4, 5, 9 are switched on at the final discharge interval and operate in parallel on the load (with equal capacitor capacities, the equivalent capacitance is nine times greater than the equivalent capacitance when charging capacitors 4, 5, 9, which allows, in particular, to reduce the amplitude of the surge or the current multiple when switching on the device by nine times and to significantly improve the form factor of the consumed current).

Так как конденсаторы 4, 5, 9 при работе заряжаются через диоды 2, 7 до напряжения, равного, приблизительно (предельно), до одной трети амплитуды выходного напряжения моста или, что то же самое (приблизительно), до одной трети амплитуды сетевого питающего (переменного) напряжения, а заряд конденсаторов 4, 5, 9 осуществляется по последовательной схеме (цепи) включения при разряде по параллельной схеме, снижаются амплитуды токов заряда и длительность интервалов заряда-разряда, и обеспечивается работа устройства с более высоким коэффициентом мощности. При разряде (через диоды 1, 8 и 3, 6) на нагрузку («-» «+») конденсаторы 4, 5, 9, как отмечено, работают параллельно. Интервалы заряда и разряда разнесены во времени. Это энергетически выгодно. Коэффициент гармоник (искажения) потребляемого устройством от сети тока лежит в пределах 14%. Напряжение на выходных выводах моста не снижается до величины менее 30% амплитудного значения, что обеспечивает нормальную работу всего устройства и нагрузки (подпитку нагрузки током разряда конденсаторов 4, 5, 9).Since capacitors 4, 5, 9 are charged during operation via diodes 2, 7 to a voltage equal to approximately (maximum) one-third of the amplitude of the bridge output voltage or, equivalently (approximately), one-third of the amplitude of the mains supply (AC) voltage, and capacitors 4, 5, 9 are charged in a series circuit while discharging in a parallel circuit, the amplitudes of the charging currents and the duration of the charge-discharge intervals are reduced, and the operation of the device with a higher power factor is ensured. During discharge (via diodes 1, 8 and 3, 6) to the load ("-" "+"), capacitors 4, 5, 9, as noted, operate in parallel. The charging and discharging intervals are spaced in time. This is energetically advantageous. The harmonic distortion coefficient (distortion) of the current consumed by the device from the mains lies within 14%. The voltage at the output terminals of the bridge does not drop to a value less than 30% of the amplitude value, which ensures the normal operation of the entire device and the load (supplying the load with the discharge current of capacitors 4, 5, 9).

По сравнению с прототипом существенно повышаются коэффициенты мощности и полезного действия устройств за счет изменения принципа функционирования, улучшения технических характеристик и возможных вариантов конструктивного исполнения. Действительно, заявляемый корректор коэффициента мощности обеспечивает существенно более высокий предельный коэффициент мощности (до 96-97%) и низкий уровень радиопомех и излучений (не превышающий установленные нормы), устройства на его основе обладают сравнительно низким коэффициентом гармоник потребляемого от сети тока (не более 14%), обеспечивает малые броски (кратность) пускового тока (при включении устройства они снижаются до 30% по сравнению с прототипом), а также малую амплитуду входного рабочего тока. Коэффициент гармоник устройства, выбранного за прототип, достигает 30-37%. Высшие гармоники потребляемого тока в прототипе являются источниками дополнительных электрических потерь. В новом источнике снижен на 6-7% уровень эффективного потребляемого от сети тока (при выполнении на заданную мощность) и коммутационные потери в элементах, в частности, в диодах моста. Коэффициент полезного действия систем с заявляемым корректором коэффициента мощности может достигать 90-93% (превышать, достигаемые при применении прототипа, величины до 13%). В результате (с учетом различий в типоисполнениях), предельный коэффициент полезного действия устройств с новым корректором коэффициента мощности увеличивается, ориентировочно, на 10-13%.Compared to the prototype, the power factor and efficiency of the devices are significantly increased by changing the operating principle, improving technical characteristics, and possible design options. Indeed, the claimed power factor corrector provides a significantly higher maximum power factor (up to 96-97%) and low levels of radio interference and emissions (not exceeding established standards). Devices based on it have a comparatively low harmonic distortion factor of the current consumed from the network (no more than 14%), ensure small inrush current (when the device is turned on, they are reduced to 30% compared to the prototype), and also a low amplitude of the input operating current. The harmonic distortion factor of the device selected as the prototype reaches 30-37%. Higher harmonics of the consumed current in the prototype are sources of additional electrical losses. The new power supply reduces the effective current consumed from the network (when operating at a specified power) and switching losses in the components, particularly in the bridge diodes, by 6-7%. The efficiency of systems with the claimed power factor corrector can reach 90-93% (exceeding the values achieved with the prototype by up to 13%). As a result (taking into account differences in design), the maximum efficiency of devices with the new power factor corrector increases by approximately 10-13%.

Надежность устройств за счет снижения гармоник высокой частоты, снижения электрических потерь, токов и напряжений возрастает. Время наработки на отказ увеличивается более чем в два раза.Reliability of devices is increased by reducing high-frequency harmonics, electrical losses, currents, and voltages. Mean time between failures is more than doubled.

Дополнительно может быть расширена область применения нового пассивного корректора коэффициента мощности. Заявляемый корректор коэффициента мощности соответствует современным требованиям к техническим характеристикам подобных устройств.The scope of application of the new passive power factor corrector can be further expanded. The proposed power factor corrector meets modern technical specifications for such devices.

Номенклатура типоисполнений корректора коэффициента мощности по новой схеме значительно расширяется. Каждое типоисполнение может представлять собой оптимальное по конструкции и достаточно технологичное устройство, что снижает, в частности, конечную цену промышленных изделий на основе заявляемого пассивного корректора коэффициента мощности. Напряжения на конденсаторах устройства снижены, что позволяет расширить номенклатуру применяемых в корректоре компонентов, дополнительно улучшить его энергетические характеристики, снизить цену.The range of power factor corrector designs based on the new design is significantly expanded. Each design offers an optimal design and a highly technologically advanced device, which, in particular, reduces the final price of industrial products based on the proposed passive power factor corrector. The voltage across the device's capacitors is reduced, allowing for a wider range of components used in the corrector, further improving its energy performance, and reducing the cost.

Пассивный корректор коэффициента мощности может быть полностью или частично выполнен в интегральном исполнении.A passive power factor corrector can be fully or partially implemented as an integrated design.

Claims (1)

Корректор коэффициента мощности, содержащий подключенную к входным выводам отрицательного и положительного потенциала устройства последовательную цепь из первого, второго и третьего диодов, анод первого диода соединен с выводом отрицательного потенциала, а катод третьего диода соединен с выводом положительного потенциала, общая точка соединения первого и второго диодов подключена к выводу положительного потенциала через первый конденсатор, а общая точка соединения второго и третьего диодов подключена к первому выводу второго конденсатора, отличающийся тем, что последовательная цепь зашунтирована согласно второй последовательной цепью из четвертого, пятого и шестого диодов, второй вывод второго конденсатора соединен с общей точкой соединения четвертого и пятого диодов, а общая точка соединения пятого и шестого диодов подключена к выводу отрицательного потенциала через третий конденсатор.A power factor corrector comprising a series circuit of a first, second and third diodes connected to the input terminals of the negative and positive potential of the device, the anode of the first diode being connected to the terminal of the negative potential, and the cathode of the third diode being connected to the terminal of the positive potential, the common connection point of the first and second diodes being connected to the terminal of the positive potential through the first capacitor, and the common connection point of the second and third diodes being connected to the first terminal of the second capacitor, characterized in that the series circuit is shunted according to a second series circuit of the fourth, fifth and sixth diodes, the second terminal of the second capacitor being connected to the common connection point of the fourth and fifth diodes, and the common connection point of the fifth and sixth diodes being connected to the terminal of the negative potential through the third capacitor.
RU2023112714A 2023-05-16 Power factor corrector RU2849575C2 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2023112714A RU2023112714A (en) 2024-11-18
RU2849575C2 true RU2849575C2 (en) 2025-10-28

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7230392B2 (en) * 2003-08-12 2007-06-12 Whitegate Partners, Llc Analog control of light sources
RU122221U1 (en) * 2012-05-16 2012-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ДиС ПЛЮС" LED LAMP
RU2542749C2 (en) * 2013-05-24 2015-02-27 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Corrector of power ratio
WO2016024647A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 주식회사 프로젝트컨셉케이 Power circuit for led lighting and power control method for led lighting using same
RU160311U1 (en) * 2015-06-25 2016-03-10 Евгений Михайлович Силкин INTEGRATED SOURCE OF OPTICAL RADIATION
RU185192U1 (en) * 2018-07-06 2018-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) POWER CORRECTOR

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7230392B2 (en) * 2003-08-12 2007-06-12 Whitegate Partners, Llc Analog control of light sources
RU122221U1 (en) * 2012-05-16 2012-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ДиС ПЛЮС" LED LAMP
RU2542749C2 (en) * 2013-05-24 2015-02-27 Закрытое акционерное общество "Связь инжиниринг" Corrector of power ratio
WO2016024647A1 (en) * 2014-08-12 2016-02-18 주식회사 프로젝트컨셉케이 Power circuit for led lighting and power control method for led lighting using same
RU160311U1 (en) * 2015-06-25 2016-03-10 Евгений Михайлович Силкин INTEGRATED SOURCE OF OPTICAL RADIATION
RU185192U1 (en) * 2018-07-06 2018-11-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) POWER CORRECTOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8531854B2 (en) Power factor correction converter and power factor correction conversion device
CN1151630A (en) Input harmonic current corrected AC- to DC converter with multiple coupled primary windings
CN110165921B (en) A Switched Inductive Quasi-Z Source Inverter With High Output Voltage Gain
CN119134936A (en) A single-phase voltage-doubling interleaved parallel power correction circuit
TWI737177B (en) Bridgeless step-up and step-down ac-to-dc converter
CN111835208A (en) Switching power supply with PFC circuit
RU2849575C2 (en) Power factor corrector
CN112689363B (en) Power converter
CN217362927U (en) A multi-output power supply circuit, power supply module and air conditioner
CN103490606A (en) Power factor correction circuit with multiple groups of output voltages
CN211792158U (en) Household LED lighting circuit
TWI724777B (en) Power control circuit
CN115833630A (en) Valley filling circuit and control method thereof
RU2849910C2 (en) Network power driver for led module
CN220173111U (en) Rectifier circuit based on synchronous diode
CN2775929Y (en) 48V DC input server power
CN112738953A (en) Power converter
RU158495U1 (en) SOURCE OF OPTICAL RADIATION
RU158342U1 (en) INTEGRATED SOURCE OF OPTICAL RADIATION
TWI792605B (en) Three-phase power factor correction device
CN221448093U (en) Electronic equipment
WO2014086097A1 (en) Passive power factor correction and alternating-direct current conversion device and power factor correction circuit operation method
CN113381601B (en) Valley-filling power factor correction circuit with EMI protection function
RU173365U1 (en) Optical source
KR20240053921A (en) Dc voltage supply circuit with improved component durability and voltage output efficiency