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Circuit redresseur-lisseur ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne un circuit redresseurlisseur pour redresser et lisser un courant alternatif du réseau, et plus particulièrement un circuit redresseur et lisseur dont le facteur de puissance est amélioré par recours à une combinaison en parallèle d'un inducteur et d'une résistance, qui est insérée dans le parcours de l'une des lignes d'un réseau d'alimentation à deux fils.
2. Description de la technique concernée
L'alimentation d'une source d'énergie à découpage ou d'un circuit inverseur est la sortie d'un circuit redresseur-lisseur du type à condensateur d'entrée. Dans le circuit redresseur-lisseur de ce type, du courant ne circule dans un agencement redresseur à diodes (habituellement un circuit à pont de diodes) que pendant un laps de temps proche d'un instant où l'énergie électrique en courant alternatif fournie par un réseau de distribution d'énergie à courant alternatif est maximale. Pour cette raison, le facteur de puissance du circuit est mauvais, de 60 à 70%. Pour résoudre ce problème, on a proposé d'insérer un inducteur dans le parcours de l'une des lignes d'alimentation en énergie, entre l'alimentation en courant alternatif et l'agencement redresseur à diodes.
Dans le circuit redresseur-lisseur dans lequel l'inducteur est ainsi connecté, la durée pendant laquelle un courant circule dans l'agencement redresseur à diodes est supérieure à celle que l'on obtient dans le circuit
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redresseur-lisseur dans lequel on n'a pas connecté d'inducteur au cours d'une période unitaire (= un demi cycle) de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif. Il en résulte que la valeur efficace du courant traversant l'agencement redresseur à diodes est proche de la valeur moyenne de ce courant, et que donc le facteur de puissance est amélioré (premier circuit classique).
Un autre circuit classique visant à améliorer le facteur de puissance est proposé dans la publication non examinée du brevet japonais nO Hei. 9-140139. Ce circuit classique comporte un circuit redresseur à doubleur de tension pour redresser et doubler la tension d'alimentation alternative fournie par le réseau de distribution de courant alternatif, et un convertisseur à commutation qui réalise l'opération de commutation, dont la source d'énergie est la sortie du circuit redresseur et qui délivre un signal de sortie de commutation à un circuit résonant série. Le facteur de puissance du circuit est amélioré en utilisant des moyens d'amélioration du facteur de puissance, sur base du signal de sortie de commutation qui est renvoyé par le circuit résonant série au parcours de courant redressé (deuxième circuit classique).
Cependant, les circuits classiques ci-dessus posent les problèmes qui suivent. Dans le premier circuit classique, on augmente le facteur de puissance en augmentant l'inductance de l'inducteur. Un mécanisme d'augmentation du facteur de puissance basé sur une augmentation de l'inductance est représenté à la figure 4. Ainsi qu'on peut le voir dans le graphique, le facteur de puissance augmente dans la plage d'inductance allant de 0 à M. Dans la plage des inductances supérieures à M, le facteur de puissance augmente peu, à cause du retard de phase du courant. Ainsi, la valeur maximale N du facteur de puissance est relativement faible, de 70 à 80%. Il est impossible d'encore améliorer le facteur de puissance.
Le deuxième circuit classique est satisfaisant sur le
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J plan de la valeur du facteur de puissance, mais la configuration de ses circuits est compliquée et nécessite un nombre accru de composants. Par conséquent, une amélioration du facteur de puissance entraîne une augmentation de taille de la partie alimentation en énergie et une augmentation du coût de fabrication.
RESUME DE L'INVENTION
Par conséquent, un objet de la présente invention est de fournir un circuit redresseur-lisseur dont le facteur de puissance peut être amélioré avec une faible augmentation du nombre des composants de circuit nécessaires.
Pour atteindre l'objectif ci-dessus, selon la présente invention, on fournit un circuit redresseur-lisseur comportant : un agencement redresseur à diodes pour redresser une alimentation en courant alternatif ; un condensateur de lissage pour lisser la sortie redressée de l'agencement redresseur à diodes ; un inducteur inséré dans le parcours de l'une de deux lignes d'alimentation servant à fournir l'énergie en courant alternatif à l'agencement redresseur à diodes, l'inducteur ayant pour fonction d'augmenter une durée pendant laquelle un courant circule dans l'agencement redresseur à diodes pendant une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif ;
et une résistance de compensation connectée en parallèle sur l'inducteur, la résistance de compensation ayant pour fonction de diminuer un retard de phase du courant provoqué par l'inducteur. L'insertion de l'inducteur dans le parcours de l'une des lignes d'alimentation augmente la durée pendant laquelle le courant circule dans l'agencement redresseur à diodes pendant la période unitaire, pour ainsi augmenter le facteur de puissance. D'autre part, la présence de l'inducteur entraîne un retard de phase du courant. Le retard de phase supprime l'augmentation du facteur de puissance. Cependant, la résistance de compensation réduit le retard de phase du courant. Il en résulte que la durée pendant laquelle le courant circule dans l'agencement
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redresseur à diodes est augmentée et que le retard de phase du courant est réduit.
Le facteur de puissance est par conséquent augmenté.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un schéma de circuit montrant un agencement d'un circuit redresseur-lisseur qui constitue un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 2 est un graphique montrant la variation du facteur de puissance en fonction de la résistance d'une résistance de compensation.
La figure 3 est un diagramme montrant des formes d'onde représentant des variations de la tension et du courant en des points-clés du circuit redresseur-lisseur du mode de réalisation.
La figure 4 est un graphique montrant une relation entre le facteur de puissance et l'inductance d'un inducteur.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE
Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit en référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma de circuit montrant un agencement d'un circuit redresseur-lisseur qui constitue un mode de réalisation de la présente invention.
A la figure, l'alimentation en courant alternatif 1 est un réseau d'alimentation de 100 V, par exemple, et le pont de diodes 2 est un élément servant à redresser en onde pleine l'alimentation en courant alternatif 1. A cet effet, deux lignes d'alimentation 5 et 6 de l'alimentation en courant alternatif 1 sont branchées sur les bornes d'entrée de courant alternatif du pont de diodes 2. Un inducteur L est un élément qui a pour fonction d'augmenter la durée pendant laquelle du courant circule vers le pont de diode 2 au cours d'une période unitaire (= demi cycle) de la forme d'onde de tension de l'alimentation 1. (Dans ce qui suit, cette durée sera appelée"durée de circulation du courant". Ainsi, l'inducteur L jouant ce rôle est relié à l'une des lignes d'alimentation 5 et 6 (la ligne 5).
Une
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résistance de compensation, qui est connectée en parallèle sur l'inducteur L, sert d'élément réduisant le retard de phase du courant provoqué par l'inducteur L.
Les bornes positive et négative de sortie du pont de diodes 2 sont reliées à une source d'énergie à découpage 3. En outre, un condensateur de lissage C servant à lisser la sortie redressée du pont de diodes 2 est connecté entre la borne positive et la borne négative de sortie du pont de diodes 2. Ainsi, le pont de diodes 2 et le condensateur de lissage C coopèrent pour former un circuit redresseurlisseur du type à condensateur d'entrée.
La source d'énergie à découpage 3, est alimentée par l'énergie en courant continu produite par les opérations de redressement et de lissage de l'énergie de sortie en courant alternatif de l'alimentation 1, et fournit une énergie en courant continu stabilisée en tension. Plus particulièrement, la source d'énergie à découpage 3 est un circuit d'alimentation servant à produire de l'énergie en courant continu à différentes valeurs de tension, pour alimenter un appareil de télévision. Ces alimentations en courant continu sont reliées à un circuit de télévision (non représenté).
La figure 2 est un graphique montrant la variation du facteur de puissance en fonction de la résistance de compensation R.
La figure 3 est un diagramme montrant des formes d'onde représentant des variations de la tension et du courant en des points-clés du circuit redresseur-lisseur. Le fonctionnement du mode de réalisation va maintenant être décrit, en référence à ces figures lorsque nécessaire.
L'inducteur L a pour fonction d'augmenter le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur en augmentant la durée de circulation du courant pendant une période unitaire de l'alimentation en courant alternatif 1. La fonction de l'inducteur L va être décrite ci-dessous. La description va d'abord être donnée en partant de l'hypothèse que la résistance de compensation R n'est pas
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couplée à l'inducteur L, pour des raisons de simplicité. A la figure 3, la référence numérique 61 désigne une forme d'onde de tension de l'énergie en courant alternatif appliquée sur le pont de diodes 2 pendant le demi cycle qui constitue une période unitaire de la forme d'onde de tension 51 de l'alimentation en courant alternatif 1.
La comparaison de la forme d'onde de tension 61 avec la forme d'onde de tension 51 montre que l'amplitude maximale de la forme d'onde de tension 61 est inférieure à celle de la forme d'onde de tension 51 ; et que l'amplitude de la forme d'onde de tension 61 commence à diminuer avec un certain retard temporel par rapport à la forme d'onde de tension 51. Pendant cette période transitoire, une tension dont la forme d'onde est désignée par la référence numérique 62 se développe aux bornes de l'inducteur L. De plus, le courant circulant dans le pont de diodes 2 présente la forme d'onde 63. Une forme d'onde désignée par la référence numérique 53 représente celle du courant circulant dans le pont de diodes 2, dans le cas où l'alimentation en énergie en courant alternatif 1 est couplée au pont de diodes 2 directement, ou non par l'inducteur L.
La comparaison de la forme d'onde de courant 63 avec la forme d'onde de courant 53 montre le fait suivant : la durée de circulation du courant de la forme d'onde de courant 63 est supérieure à celle de la forme d'onde de courant 53, mais l'amplitude maximale de la première est supérieure à celle de la deuxième, et la première est en retard de phase par rapport à la deuxième.
De ce fait, le facteur de puissance varie en fonction de l'inductance de l'inducteur L, comme on le voit à la figure 4. Dans une plage d'inductance allant de 0 à M, le facteur de puissance augmente lorsque l'inductance augmente, parce que l'effet de l'augmentation de la durée de circulation du courant est important. Cependant, lorsque l'inductance de l'inducteur L dépasse la valeur M, l'influence exercée par le retard de phase du courant devient importante. Dans une plage de variation de
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l'inductance qui suit le point d'inductance M, le facteur de puissance augmente peu lorsque l'inductance de l'inducteur L augmente.
Considérons maintenant un cas dans lequel la résistance de compensation R est connectée en parallèle sur l'inducteur L. Une partie du courant électrique fourni par l'alimentation en courant alternatif 1 circule à travers la résistance de compensation R, tandis que la valeur du courant passant dans l'inducteur L est diminuée de la valeur du courant passant dans la résistance de compensation R. De ce fait, l'effet de l'inductance de l'inducteur L est diminué. Pour compenser l'effet réduit de l'inductance, il faut que l'inductance de l'inducteur L soit fixée à une valeur supérieure à la valeur M. Pour cette raison, dans ce mode de réalisation, l'inductance de l'inducteur L est fixée à une valeur S qui est suffisamment plus élevée que la valeur M.
D'autre part, lorsque la valeur de la résistance de compensation R est extrêmement faible, l'effet de l'inductance de l'inducteur L est diminué alors que, lorsqu'elle est extrêmement élevée, l'inducteur L se comporte comme dans le cas où il n'y a pas de résistance de compensation R. Ce fait implique qu'il existe une valeur de la résistance de compensation R qui fournit une valeur optimale du facteur de puissance ; à la figure 2, r désigne cette valeur. Pour cette raison, dans ce mode de réalisation, la résistance de compensation R est fixée à une valeur proche de la valeur r.
Ainsi qu'on l'a déjà décrit, l'inductance de l'inducteur L est fixée à la valeur S. Une valeur maximale de la forme d'onde de tension 72 de la tension qui se développe aux bornes de l'inducteur L lorsque l'on utilise une résistance de compensation R est essentiellement égale à celle de la forme d'onde de tension 62 qui se développe aux bornes de l'inducteur L lorsque l'on n'utilise pas la résistance de compensation R, bien que la résistance de compensation R prélève une partie du courant de
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l'alimentation en courant alternatif 1, et donc que le courant passant dans l'inducteur L soit réduit. D'autre part, le courant circulant dans le pont de diodes 2 prend une forme d'onde de courant 73.
La comparaison de la forme d'onde de courant 73 avec la forme d'onde de courant 63 qui est produite lorsque l'on n'utilise pas de résistance de compensation R montre le fait que le retard de phase de la forme d'onde de courant 73 est légèrement réduit par rapport à la forme d'onde de courant 63, à cause du recours à la résistance de compensation R, et que la valeur maximale de la forme d'onde de courant 73 est inférieure à celle de la forme d'onde de courant 63. A ce moment, l'énergie en courant alternatif fournie au pont de diodes 2 prend la forme d'une onde de tension 71. Ainsi qu'on peut le voir, l'amplitude de la forme d'onde de tension 71 commence à diminuer légèrement après que l'amplitude de la forme d'onde de tension 51 de la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 commence à diminuer.
Les caractéristiques de la forme d'onde du courant qui circule dans le pont de diodes 2 lorsque la résistance de compensation R est connectée vont être résumées ci-dessous, par comparaison avec celles obtenues lorsque cette résistance n'est pas connectée.
1) La valeur maximale du premier courant est inférieure à celle du deuxième courant. 2) La réduction de la durée de circulation du courant pendant une période unitaire est inférieure à ce qu'elle est pour la deuxième onde. 3) Le point auquel le courant atteint son maximum est plus proche du point auquel la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 atteint son maximum. 4) De ce fait, le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur est supérieur lorsque l'on utilise la résistance de compensation R que lorsque l'on utilise uniquement l'inducteur L.
Une expérience a été menée avec trois types de circuits redresseurs-lisseurs ; un premier circuit redresseur-lisseur dans lequel l'alimentation en courant alternatif 1 est appliqué directement au pont de diodes 2, un deuxième
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circuit redresseur-lisseur dans lequel seul l'inducteur L est inséré dans la ligne d'alimentation 5, et un troisième circuit redresseur-lisseur dans lequel un circuit constitué de l'association en parallèle de l'inducteur L et de la résistance de compensation R est inséré dans la ligne d'alimentation 5. Dans les circuits expérimentaux, l'inductance de l'inducteur L est de 38 mH (M = 18 mH) ; la résistance de compensation R est de 220 Q et la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 est de 120 V.
La puissance consommée est celle consommée par le circuit tel qu'il est vu par l'alimentation en courant alternatif 1.
Pour ces trois circuits, on a utilisé une charge de même consommation sur la source d'énergie à découpage 3.
1) Premier circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 13, 8 W
Facteur de puissance : 65%
2) Deuxième circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 16 W
Facteur de puissance : 76, 4%
3) Troisième circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 16, 5 W
Facteur de puissance : 86, 7%
Le résultat de l'expérience montre que l'utilisation de la résistance de compensation R améliore le facteur de puissance d'environ 10%. Le facteur de puissance de 86,7% est suffisamment élevé pour empêcher une détérioration de la forme de la forme d'onde du réseau de distribution.
Dans l'agencement de circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus, la borne de sortie positive du pont de diodes 2 est reliée directement au condensateur de lissage C. Il est évident que l'invention peut être appliquée à un circuit redresseur-lisseur agencé de telle sorte qu'une résistance est branchée entre la borne de sortie positive du pont de diodes 2 et le condensateur de lissage C, pour réduire la pointe de courant dans le condensateur de lissage C au moment de la mise sous tension.
Dans le circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus,
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seul le circuit constitué de l'association en parallèle de l'inducteur L et de la résistance de compensation R est inséré entre l'alimentation en courant alternatif 1 et le pont de diode 2. Si nécessaire, on peut insérer en supplément un filtre de bruit constitué d'un inducteur, d'un condensateur et d'autres éléments, entre l'alimentation en courant alternatif 1 et le pont de diodes 2, pour empêcher que le bruit de commutation passe vers l'extérieur.
La présente invention peut être appliquée à tout circuit qui est équivalent au circuit redresseur-lisseur du type à condensateur d'entrée lorsqu'on le regarde depuis l'alimentation en courant alternatif 1.
Dans le circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus, la charge est la source d'énergie à découpage 3 dont la consommation en énergie est d'environ 10 Watt et quelques.
L'invention peut évidemment être appliquée à un circuit redresseur-lisseur dont la charge est une source d'énergie à découpage consommant une puissance de 1 kw ou plus, un circuit inverseur, ou similaire.
Ainsi qu'on le voit à partir de la description qui précède l'inducteur, dont la fonction est d'augmenter la durée de circulation du courant pendant une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation à courant alternatif, le courant étant appliqué à l'agencement redresseur à diodes pendant cette durée, est inséré dans le parcours de l'une des deux lignes d'alimentation, et la résistance de compensation qui a pour fonction de diminuer le retard de phase du courant provoqué par l'inducteur est branchée en parallèle sur l'inducteur.
De ce fait, la durée de circulation du courant au cours d'une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif augmente, et le retard de phase du courant est réduit. Par conséquent, la présente invention réussit à augmenter le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur tout en augmentant peu le nombre des composants nécessaires pour le circuit.
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BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a rectifier and straightener circuit for rectifying and smoothing an alternating current from the network, and more particularly to a rectifier and straightener circuit, the power factor of which is improved by using a parallel combination of an inductor and a resistance, which is inserted in the route of one of the lines of a two-wire supply network.
2. Description of the technique concerned
The power supply of a switching power source or an inverter circuit is the output of a rectifier-smoothing circuit of the input capacitor type. In the rectifier-straightener circuit of this type, current flows in a diode rectifier arrangement (usually a diode bridge circuit) only for a period of time close to an instant when the electrical energy in alternating current supplied by an AC power distribution network is maximum. For this reason, the power factor of the circuit is bad, from 60 to 70%. To solve this problem, it has been proposed to insert an inductor in the path of one of the power supply lines, between the AC power supply and the diode rectifier arrangement.
In the rectifier-straightener circuit in which the inductor is thus connected, the duration during which a current flows in the diode rectifier arrangement is greater than that obtained in the circuit
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straightener-straightener in which an inductor was not connected during a unit period (= half a cycle) of the voltage waveform of the AC power supply. As a result, the effective value of the current flowing through the diode rectifier arrangement is close to the average value of this current, and therefore the power factor is improved (first conventional circuit).
Another conventional circuit for improving the power factor is proposed in the unexamined publication of Japanese patent No.O Hei. 9-140139. This conventional circuit includes a voltage doubler rectifier circuit to rectify and double the AC supply voltage supplied by the AC distribution network, and a switching converter which performs the switching operation, including the power source. is the output of the rectifier circuit and which delivers a switching output signal to a series resonant circuit. The power factor of the circuit is improved by using means for improving the power factor, based on the switching output signal which is returned by the series resonant circuit to the rectified current path (second conventional circuit).
However, the above conventional circuits pose the following problems. In the first conventional circuit, the power factor is increased by increasing the inductance of the inductor. A power factor increase mechanism based on an increase in inductance is shown in Figure 4. As can be seen in the graph, the power factor increases in the inductance range from 0 to M. In the range of inductances greater than M, the power factor increases little, due to the phase delay of the current. Thus, the maximum value N of the power factor is relatively low, from 70 to 80%. It is still impossible to improve the power factor.
The second classic circuit is satisfactory on the
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J plan the value of the power factor, but the configuration of its circuits is complicated and requires an increased number of components. Consequently, an improvement in the power factor leads to an increase in size of the power supply part and an increase in the manufacturing cost.
SUMMARY OF THE INVENTION
Therefore, an object of the present invention is to provide a rectifier-straightener circuit whose power factor can be improved with a small increase in the number of circuit components required.
To achieve the above objective, according to the present invention, there is provided a rectifier-straightener circuit comprising: a diode rectifier arrangement for rectifying an AC power supply; a smoothing capacitor for smoothing the rectified output of the diode rectifier arrangement; an inductor inserted in the path of one of two supply lines used to supply alternating current energy to the diode rectifier arrangement, the inductor having the function of increasing a period during which a current flows in the diode rectifier arrangement for a unit period of the voltage waveform of the AC power supply;
and a compensating resistor connected in parallel on the inductor, the compensating resistor having the function of reducing a phase delay of the current caused by the inductor. The insertion of the inductor into the path of one of the supply lines increases the time during which the current flows in the diode rectifier arrangement during the unit period, thereby increasing the power factor. On the other hand, the presence of the inductor causes a phase delay of the current. The phase delay suppresses the increase in the power factor. However, the compensating resistor reduces the phase delay of the current. As a result, the length of time that current flows through the arrangement
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diode rectifier is increased and the phase delay of the current is reduced.
The power factor is therefore increased.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
FIG. 1 is a circuit diagram showing an arrangement of a rectifier-straightener circuit which constitutes an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the variation of the power factor as a function of the resistance of a compensation resistor.
Figure 3 is a diagram showing waveforms representing variations in voltage and current at key points in the rectifier-smoothing circuit of the embodiment.
Figure 4 is a graph showing a relationship between the power factor and the inductance of an inductor.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT
A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing an arrangement of a rectifier-straightener circuit which constitutes an embodiment of the present invention.
In the figure, the AC supply 1 is a 100 V supply network, for example, and the diode bridge 2 is an element used to rectify the AC supply 1 in full wave. For this purpose , two supply lines 5 and 6 of the alternating current supply 1 are connected to the alternating current input terminals of the diode bridge 2. An inductor L is an element which has the function of increasing the duration for which current flows to the diode bridge 2 during a unit period (= half cycle) of the voltage waveform of the supply 1. (In what follows, this duration will be called "circulation duration of the current ". Thus, the inductor L playing this role is connected to one of the supply lines 5 and 6 (line 5).
A
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compensation resistor, which is connected in parallel on the inductor L, serves as an element reducing the phase delay of the current caused by the inductor L.
The positive and negative output terminals of the diode bridge 2 are connected to a switching power source 3. In addition, a smoothing capacitor C serving to smooth the rectified output of the diode bridge 2 is connected between the positive terminal and the negative output terminal of the diode bridge 2. Thus, the diode bridge 2 and the smoothing capacitor C cooperate to form a rectifier-smoothing circuit of the input capacitor type.
The switching power source 3 is supplied by the direct current energy produced by the rectification and smoothing operations of the alternating current output energy of the power supply 1, and supplies a stabilized direct current energy. in tension. More particularly, the switching power source 3 is a supply circuit used to produce direct current energy at different voltage values, to supply a television set. These DC power supplies are connected to a television circuit (not shown).
FIG. 2 is a graph showing the variation of the power factor as a function of the compensation resistance R.
Figure 3 is a diagram showing waveforms representing variations in voltage and current at key points in the rectifier-straightener circuit. The operation of the embodiment will now be described, with reference to these figures when necessary.
The inductor L has the function of increasing the power factor of the rectifier-smoothing circuit by increasing the duration of current flow during a unitary period of the AC power supply 1. The function of the inductor L will be described below. The description will first be given on the assumption that the compensation resistance R is not
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coupled to the inductor L, for reasons of simplicity. In FIG. 3, the reference numeral 61 designates an AC energy voltage waveform applied to the diode bridge 2 during the half cycle which constitutes a unit period of the voltage waveform 51 of AC power supply 1.
The comparison of the voltage waveform 61 with the voltage waveform 51 shows that the maximum amplitude of the voltage waveform 61 is less than that of the voltage waveform 51; and that the amplitude of the voltage waveform 61 begins to decrease with a certain time delay relative to the voltage waveform 51. During this transient period, a voltage whose waveform is designated by the reference 62 is developed across the terminals of the inductor L. In addition, the current flowing in the diode bridge 2 has the waveform 63. A waveform designated by the reference 53 represents that of the flowing current in the diode bridge 2, in the case where the AC power supply 1 is coupled to the diode bridge 2 directly, or not by the inductor L.
The comparison of the current waveform 63 with the current waveform 53 shows the following fact: the duration of current flow of the current waveform 63 is greater than that of the waveform current 53, but the maximum amplitude of the first is greater than that of the second, and the first is lagging behind the second.
Therefore, the power factor varies according to the inductance of the inductor L, as seen in Figure 4. In a range of inductance from 0 to M, the power factor increases when the inductance increases, because the effect of increasing the duration of current flow is important. However, when the inductance of the inductor L exceeds the value M, the influence exerted by the phase delay of the current becomes significant. Within a range of variation of
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the inductance following the inductance point M, the power factor increases little when the inductance of the inductor L increases.
Let us now consider a case in which the compensation resistance R is connected in parallel on the inductor L. Part of the electric current supplied by the alternating current supply 1 flows through the compensation resistance R, while the value of the current passing through the inductor L is reduced by the value of the current passing through the compensation resistance R. As a result, the effect of the inductance of the inductor L is reduced. To compensate for the reduced effect of the inductance, the inductance of the inductor L must be fixed at a value greater than the value M. For this reason, in this embodiment, the inductance of the inductor L is set to a value S which is sufficiently higher than the value M.
On the other hand, when the value of the compensation resistance R is extremely low, the effect of the inductance of the inductor L is reduced whereas, when it is extremely high, the inductor L behaves as in the case where there is no compensation resistance R. This fact implies that there is a value of the compensation resistance R which provides an optimal value of the power factor; in Figure 2, r denotes this value. For this reason, in this embodiment, the compensation resistance R is fixed at a value close to the value r.
As already described, the inductance of the inductor L is fixed at the value S. A maximum value of the voltage waveform 72 of the voltage which develops across the inductor L when using a compensating resistor R is essentially equal to that of the voltage waveform 62 which develops across the terminals of the inductor L when not using the compensating resistor R, although the compensation resistance R draws part of the current from
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the supply of alternating current 1, and therefore that the current passing through the inductor L is reduced. On the other hand, the current flowing in the diode bridge 2 takes a current waveform 73.
Comparison of the current waveform 73 with the current waveform 63 which is produced when a compensation resistor R is not used shows that the phase delay of the waveform current 73 is slightly reduced compared to current waveform 63, due to the use of compensation resistor R, and the maximum value of current waveform 73 is lower than that of the form current wave 63. At this time, the alternating current energy supplied to the diode bridge 2 takes the form of a voltage wave 71. As can be seen, the amplitude of the form of voltage wave 71 begins to decrease slightly after the amplitude of the voltage waveform 51 of the voltage of the AC power supply 1 begins to decrease.
The characteristics of the waveform of the current flowing in the diode bridge 2 when the compensation resistor R is connected will be summarized below, by comparison with those obtained when this resistor is not connected.
1) The maximum value of the first current is lower than that of the second current. 2) The reduction in the duration of current flow during a unit period is less than it is for the second wave. 3) The point at which the current reaches its maximum is closer to the point at which the voltage of the AC supply 1 reaches its maximum. 4) As a result, the power factor of the rectifier-smoothing circuit is higher when using the compensation resistance R than when using only the inductor L.
An experiment was carried out with three types of rectifier-straightener circuits; a first rectifier-straightener circuit in which the AC power supply 1 is applied directly to the diode bridge 2, a second
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straightener-straightener circuit in which only the inductor L is inserted in the supply line 5, and a third straightener-straightener circuit in which a circuit consisting of the association in parallel of the inductor L and the compensation resistance R is inserted into the supply line 5. In the experimental circuits, the inductance of the inductor L is 38 mH (M = 18 mH); the compensation resistance R is 220 Q and the voltage of the AC power supply 1 is 120 V.
The power consumed is that consumed by the circuit as seen by the AC power supply 1.
For these three circuits, a load of the same consumption was used on the switching power source 3.
1) First rectifier-straightener circuit
Power consumption: 13.8 W
Power factor: 65%
2) Second rectifier-straightener circuit
Power consumption: 16 W
Power factor: 76.4%
3) Third straightener-straightener circuit
Power consumption: 16.5 W
Power factor: 86.7%
The result of the experiment shows that the use of the compensating resistor R improves the power factor by about 10%. The power factor of 86.7% is high enough to prevent deterioration of the waveform of the distribution network.
In the arrangement of straightener-straightener circuit described above, the positive output terminal of the diode bridge 2 is connected directly to the smoothing capacitor C. It is obvious that the invention can be applied to a straightener-straightener circuit arranged so that a resistor is connected between the positive output terminal of the diode bridge 2 and the smoothing capacitor C, to reduce the current peak in the smoothing capacitor C at the time of powering up.
In the straightener-straightener circuit described above,
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only the circuit consisting of the association in parallel of the inductor L and the compensation resistor R is inserted between the alternating current supply 1 and the diode bridge 2. If necessary, a filter of addition can be inserted noise consisting of an inductor, a capacitor and other elements, between the AC supply 1 and the diode bridge 2, to prevent the switching noise from passing to the outside.
The present invention can be applied to any circuit which is equivalent to the rectifier-straightener circuit of the input capacitor type when viewed from the AC power supply 1.
In the rectifier-straightener circuit described above, the load is the switching power source 3 whose energy consumption is approximately 10 Watt and a few.
The invention can obviously be applied to a rectifier-straightener circuit whose load is a switching energy source consuming a power of 1 kw or more, an inverter circuit, or the like.
As can be seen from the description which precedes the inductor, the function of which is to increase the duration of current flow during a unit period of the voltage waveform of the AC power supply, the current being applied to the diode rectifier arrangement during this period, is inserted in the path of one of the two supply lines, and the compensation resistor which has the function of reducing the phase delay of the current caused by the inductor is connected in parallel to the inductor.
As a result, the duration of current flow during a unit period of the voltage waveform of the AC power supply increases, and the phase delay of the current is reduced. Consequently, the present invention succeeds in increasing the power factor of the rectifier-smoothing circuit while minimally increasing the number of components required for the circuit.