简单提升开关电源POWER FACTOR的设想？

飞天神喵哇

恩，怎么说呢.. 正统的电学我学不多，大多知识都是自己学的。所以用词跟发文格式可能很糊涂。先抱歉介个

想请教这里的前辈们。

原本的设想：如果PF是关系到AC频率跟电流不同步效率的结果，那么DC的话就能够达到理想的PF值1了。（不知对不对）

疑问1：如电脑，电视这些使用开关电源的，单纯将AC转换DC后的滤波电容加大或增多，是否能提升PF值？进而达到略省电的效果？

疑问2：假设（问题1） 可行的话，要达到尽量理想的PF（>0.95），多少耗电量需要多少容值？计算方法如何？

疑问3：若提高低频如市电50HZ的AC频率可以减少转换DC时所需的电容值，那么同时使用两组整流器，其中另一组在整流器前用电容串联阻隔，将AC频率相位反转180度。两组整流合起来的波纹频率是否能提升一倍？从而提升滤波电容的效率？

pic

首先， 先明白： “能源是不能被创造的， 能源只能被转换。”
转换的过程， 效率的高低，决定“所谓的省电”。。
省的意思， 是好比用RM1， 买一个价值> RM1 的东西， 或用少过《RM1 买 多过》RM1 的东西。（可能不需要给税？）

疑问1：如电脑，电视这些使用开关电源的，单纯将AC转换DC后的滤波电容加大或增多，是否能提升PF值？进而达到略省电的效果？飞天神喵哇 发表于 18-7-2010 02:10 AM

不会， 适量的电容就够了。一味无知的加大并没有帮助。

疑问2：假设（问题1） 可行的话，要达到尽量理想的PF（>0.95），多少耗电量需要多少容值？计算方法如何？

不用答了。

疑问3：若提高低频如市电50HZ的AC频率可以减少转换DC时所需的电容值，那么同时使用两组整流器，其中另一组在整流器前用电容串联阻隔，将AC频率相位反转180度。两组整流合起来的波纹频率是否能提升一倍？从而提升滤波电容的效率？

在整流器前用电容串联阻隔， 电容量的大小限制你的电流了， 这个已经是反效果了。   
整流器有分全波， 半波， 桥式。

如果你的概念可行， 也顶多是在半波的情况下， 变成全波而已。

其实， 你可以实验的， 我只是按我的知识和你描述的做比对而判断而已， 我没有直接否定你， 你要证明可行的话， 就要做实验，不要去问人， 如果人家否定的话， 而你放弃的话， 就抹杀了你的创作了， 也不符合科学了。
很多发明都是天马行空开始， 不是吗？ 努力吧。。
你也可以用电脑模拟， 如Proteus 这类的program， 我相信会对你很有帮助。

如果你针对的是开关电源， 其实开关电源已经是效率很高的电源供给器了。

飞天神喵哇

谢谢pic版主的回复！

首先， 先明白： “能源是不能被创造的， 能源只能被转换。”
转换的过程， 效率的高低，决定“所谓的省电”。。
省的意思， 是好比用RM1， 买一个价值> RM1 的东西， 或用少过《RM1 买 多过》RM1 的东西。（可能不需要给税？）
pic 发表于 19-7-2010 10:16 AM

这个我明白。我的用意是再更近一小步改善效率，譬如从80%改进到82% 仅仅只要有一点点改善，长期就很可观了。
然而省电的用意也不是为了省钱。（家电表不计PF）纯粹是没事找事做提升心理感觉（咳咳....）

   

不会， 适量的电容就够了。一味无知的加大并没有帮助。

可是市面上的开关电源大多因为成本或是空间关系，那颗滤波蓄能电容只是刚刚堪用而已么？于是我就那么想....（以及那颗电容ESR，ESL，PF参数都有影响吧..）

在整流器前用电容串联阻隔， 电容量的大小限制你的电流了， 这个已经是反效果了。   
整流器有分全波， 半波， 桥式。

如果你的概念可行， 也顶多是在半波的情况下， 变成全波而已。
其实， 你可以实验的， 我只是按我的知识和你描述的做比对而判断而已， 我没有直接否定你， 你要证明可行的话， 就要做实验，不要去问人， 如果人家否定的话， 而你放弃的话， 就抹杀了你的创作了， 也不符合科学了。
很多发明都是天马行空开始， 不是吗？ 努力吧。。
你也可以用电脑模拟， 如Proteus 这类的program， 我相信会对你很有帮助。

如果你针对的是开关电源， 其实开关电源已经是效率很高的电源供给器了。

而电容串联阻隔的那组整流是负责另一半没有经过电容串联阻隔的整流半波后，主要电流有另一组负责，所以电流有所限制也没什么关系，能把波纹填平一点就好了。
家用的电源只是single phase，应该属于是单相桥式整流吧？整流出来的波纹应该不是半波吧？因为半波整流的半波与半波之间的0V时间跟半波相等..(好拗口orz)
single phase桥式整流的效果比全波差，比半波好。如果能用电容反相整流则几乎有平衡式AC的桥式整流效果，那么就算不增加滤波电容值，也会有一点改善。
即使不论PF改善与否，改善了那边的直流素质也可以提升电脑稳定度跟电视画质（这倒是亲身体会过）

至于PF值，可惜我没相关测试仪器,电脑模拟也不会用。不然AB比较实验也是几分钟的事。但没办法才来论坛咨询..

pic

这个我明白。我的用意是再更近一小步改善效率，譬如从80%改进到82% 仅仅只要有一点点改善，长期就很可观了。
然而省电的用意也不是为了省钱。（家电表不计PF）纯粹是没事找事做提升心理感觉（咳咳....）
飞天神喵哇 发表于 19-7-2010 01:37 PM

其实， 看你的应用是什么， 个人实验当然是好啦。。
或是宇航， 军事的设计， 就会非常讲究效率。
现在的新设备， 电池操作的， 也很讲究效率。

可是市面上的开关电源大多因为成本或是空间关系，那颗滤波蓄能电容只是刚刚堪用而已么？于是我就那么想....（以及那颗电容ESR，ESL，PF参数都有影响吧..）

你可以做实验来证明。

而电容串联阻隔的那组整流是负责另一半没有经过电容串联阻隔的整流半波后，主要电流有另一组负责，所以电流有所限制也没什么关系，能把波纹填平一点就好了。
家用的电源只是single phase，应该属于是单相桥式整流吧？整流出来的波纹应该不是半波吧？因为半波整流的半波与半波之间的0V时间跟半波相等..(好拗口orz)

其实抓不到你的意思。。 因为主题现在你是在讲开关电源， 你是在说前级还是后级？
不管是前级或后级， 开关式电源是 利用PWM 来做开关降压， 来达到需要的输出电压和电流。
当你用开关电源的时候， 你的应用就一定要能够接受一定程度的纹波， 比如数码电路，电脑， 少少的纹波不影响电路正常操作的。
如果你很在意纹波， 或你要用开关电源来做模拟电路的电源， 比如敏感的CLass A 扩音机， 那么你的应用就错了吧 ， 或需要第二次的线性稳压， （把多余的电能变成热能浪费掉）。

single phase桥式整流的效果比全波差，比半波好。如果能用电容反相整流则几乎有平衡式AC的桥式整流效果，那么就算不增加滤波电容值，也会有一点改善。

你可以画个电路示意图吗？ 我模拟看看。。

即使不论PF改善与否，改善了那边的直流素质也可以提升电脑稳定度跟电视画质（这倒是亲身体会过）

看到这边， 你其实是要给电视/电脑用？
如果你的电脑是那种杂牌的， 我相信有一点点改善的空间。
你的Power supply 会发热吗？ 电能都变成热能了。

至于PF值，可惜我没相关测试仪器,电脑模拟也不会用。不然AB比较实验也是几分钟的事。但没办法才来论坛咨询..

  
PF，是随负载改变而改变的， 没有一种方法就是你调了， 就是最佳的方法。

所以， 你看商用， 工业用， 他们有automatic power factor correction unit
适当的负载， 用适当的Cap , 用relay 控制增加减少电容， 但也只是几个档， 不是很完整的。


现在的产品， 我们不谈中国制作或中国设计的， 谈谈国外一些很讲求绿色环保的国家， 他们的产品一些都已经标榜省电，用的也是一般的设计， 没有什么特别， 只是讲求匹配。

举例，Nokia 的手机充电器， 和充装的充电器比较，
在待机时， Nokia的几乎是很低的静态电流， 为什么？ 它都不发热。。。

飞天神喵哇

其实， 看你的应用是什么， 个人实验当然是好啦。。
或是宇航， 军事的设计， 就会非常讲究效率。
现在的新设备， 电池操作的， 也很讲究效率。
pic 发表于 19-7-2010 05:34 PM

要说目的的话，其实是为了环保。因为我最常用的电器就是电脑跟电视了...
虽然我知道即使改善了，那么一点的节能还不如从其他电器着手。但真的就是一种心理感觉orz

你可以做实验来证明。

苦无仪器证明也...(苦笑)

其实抓不到你的意思。。 因为主题现在你是在讲开关电源， 你是在说前级还是后级？
不管是前级或后级， 开关式电源是 利用PWM 来做开关降压， 来达到需要的输出电压和电流。
当你用开关电源的时候， 你的应用就一定要能够接受一定程度的纹波， 比如数码电路，电脑， 少少的纹波不影响电路正常操作的。
如果你很在意纹波， 或你要用开关电源来做模拟电路的电源， 比如敏感的CLass A 扩音机， 那么你的应用就错了吧 ， 或需要第二次的线性稳压， （把多余的电能变成热能浪费掉）。

pic版主误会我的意思了。说的就是电脑跟电视/astro终端机的开关电源呀。
提到波纹的位置是在240vac转换去339vdc时的滤波电容那里。下有图。

你可以画个电路示意图吗？ 我模拟看看。。

  Uploaded with ImageShack.us
连画这样的图都花了半小时多orz
问题1：这样的整流组是否能成立？用在开关电源里的ac/dc？
问题2：如果图中的滤波电容是理想并无限大的话。开关电源的PF值是否就能得到改善？

看到这边， 你其实是要给电视/电脑用？
如果你的电脑是那种杂牌的， 我相信有一点点改善的空间。
你的Power supply 会发热吗？ 电能都变成热能了。

对！
我的电脑是acer notebook来的。那颗90W PSU在运作时大概接近摄氏60度（只能靠猜），这转换效率导致的热能无视它(因为无能为力)，我想要改善的效率是PF值......
虽然开关电源普遍认为效率很高。但根据一些电脑硬件测试报道。很多开关电源器在没有PFC的话，PF值可能都不到0.8以上。

PF，是随负载改变而改变的， 没有一种方法就是你调了， 就是最佳的方法。

所以， 你看商用， 工业用， 他们有automatic power factor correction unit
适当的负载， 用适当的Cap , 用relay 控制增加减少电容， 但也只是几个档， 不是很完整的。


现在的产品， 我们不谈中国制作或中国设计的， 谈谈国外一些很讲求绿色环保的国家， 他们的产品一些都已经标榜省电，用的也是一般的设计， 没有什么特别， 只是讲求匹配。

举例，Nokia 的手机充电器， 和充装的充电器比较，
在待机时， Nokia的几乎是很低的静态电流， 为什么？ 它都不发热。。。

您所说的是AC时的PF控制了。而我原本的意思是开关电源喂的若是理想的DC时，PF效率是否会比吃AC时的高？

ASB

想要改善power factor, 必先了解什么是power factor.
Power factor 可分为displacement power factor 和distortion power factor.
displacement power factor 通常是因为inductive load (induction motor, fan, etc..) 造成的.
distortion power factor 则是non-linear load/harmonic load (rectifier,inverter, etc..)造成的.
displacement power factor 可以用capacitor改善，而distortion power factor要用active/passive filter改善.
楼主的rectifier是distortion power factor,装高容量的capacitor在recticfier的后面(DC output), 可以改善DC output的质素,但却会造成更高的harmonic current在rectifier的前面(AC input).结果是把power factor 弄得更差.
有错请改正.
http://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor

ASB

还有,好的power factor(pf~1.0), 不一定会帮我们省电, 特别是一般的家庭用户. 因为TNB bill我们是根据Watthour(wh)的.
比如说:
1）fan=500w,pf=0.6, run 1 hour.
P       =VI x pf
500w=(240v)x(3.47A)x(0.6)
TNB bill(kwh)=(500w) x (60x60)sec=1800kwh

2)fan=500w,pf=0.9, run 1 hour.
P       =VI x pf
500w=(240v)x(2.31A)x(0.9)
TNB bill(kwh)=(500w) x (60x60)sec=1800kwh

第一的虽然ampere比较高, 但kwh还是和第二的一样.

pic

要说目的的话，其实是为了环保。因为我最常用的电器就是电脑跟电视了...
虽然我知道即使改善了，那么一点的节能还不如从其他电器着手。但真的就是一种心理感觉orz
飞天神喵哇 发表于 19-7-2010 07:43 PM

为了环保的话， 我会更愿意花时间在其他的项目，如我之前提过的高效的太阳能充电器。
一些小朋友问我Final year project 要做什么， 我建议了充电器， 但他们天真的却认为太简单而不屑。

、

连画这样的图都花了半小时多orz
问题1：这样的整流组是否能成立？用在开关电源里的ac/dc？
问题2：如果图中的滤波电容是理想并无限大的话。开关电源的PF值是否就能得到改善？

按你的电路模拟了一次。



黄色的是240V输入
蓝色的是DC输出，但因为你加了的"第二组电容整流" , 变成下面这个蓝色的样子。

我的电脑是acer notebook来的。那颗90W PSU在运作时大概接近摄氏60度（只能靠猜），这转换效率导致的热能无视它(因为无能为力)，我想要改善的效率是PF值......

热能的产生， 是因为零件不是完美的， 不是全因为设计， 也就是说， 先天不良， 后天怎样补都是有缺陷。
开关元件如MOSFET， 可以100% 关闭吗？可以完美0ohm欧姆吗？
变压器， 铜线的直流电阻， 都是热能产生的原因之一。
一直追求PF=1， 可能是一个迷思了。。希望你了解我要带出的话。。

您所说的是AC时的PF控制了。而我原本的意思是开关电源喂的若是理想的DC时，PF效率是否会比吃AC时的高？

开关电源， 对输入不是那么敏感和讲究， 你输入的是纯DC，或是含很高纹波的DC， 最后还是靠PWM 占空因数 （duty cycle）来控制。 为什么SMPS的效率是80~90%？因为零件不是完美啊。。。

“ 开关电源喂的若是理想的DC时，PF效率是否会比吃AC时的高？”
我不正面回答你的问题，但让你思考：
不谈AC240V ~DC12V， 就谈DC 去DC， 比如DC24V 去 DC12V， 效率都不是100%。
PF =1 ， 我解读成是 AC 输入有完全用到， 完美的用到“来降压产生DC+ 产生热能”。
又回到了“能源是不能被创造的， 能源只能被转换。”

pic

苦无仪器证明也...(苦笑)
飞天神喵哇 发表于 19-7-2010 07:43 PM

模拟软件
Proteus VSM
http://cforum3.cari.com.my/viewthread.php?tid=1032953&extra=page%3D7

飞天神喵哇

想要改善power factor, 必先了解什么是power factor.
Power factor 可分为displacement power factor 和di ...
ASB 发表于 19-7-2010 11:49 PM

太感激您的回复了！！！‘


我理解displacement power factor ，但对distortion power factor概念还不清楚。是因为电容充电只能从AC峰值瞬间获取吧？于是电容越大，对交流电波形破坏越大。是不是这样？

飞天神喵哇

还有,好的power factor(pf~1.0), 不一定会帮我们省电, 特别是一般的家庭用户. 因为TNB bill我们是根据Watth ...
ASB 发表于 20-7-2010 12:17 AM

偶省电的意思不是电费帐单上的数量。而是从基础改善一点点耗电达到有一点点环保作用。
因为我手上有着几颗从旧电视里拆出来的大电容，想说电容好像是回收不能的东西，不妨就尽量利用吧。
如果单纯加大电容量不能改善PF的话，那我还是不去碰了

飞天神喵哇

为了环保的话， 我会更愿意花时间在其他的项目，如我之前提过的高效的太阳能充电器。
一些小朋友问我Final year project 要做什么， 我建议了充电器， 但他们天真的却认为太简单而不屑。
.
pic 发表于 20-7-2010 09:26 AM

可我只是业余的..懂的也不多..也不知能做什么orz

对了，偶之前在环保乐活区跟他人讨论时对方提到本地有关太阳能充电的电池跟零件税务很高是真的吗？
在太阳能充电器里蓄能的是锂电池还是超级电容呢？

   

按你的电路模拟了一次。

pic 发表于 20-7-2010 09:26 AM

为啥您的图会出现我的ID名..(感觉有点好笑XD)
不过好像不同.. 我设想的是直接取自市电的single phase，另一端是0V的。
而您模拟的是由变压器转换的平衡式供电...这样的条件貌似串接电容那组整流已经没必要了。

   

热能的产生， 是因为零件不是完美的， 不是全因为设计， 也就是说， 先天不良， 后天怎样补都是有缺陷。
开关元件如MOSFET， 可以100% 关闭吗？可以完美0ohm欧姆吗？
变压器， 铜线的直流电阻， 都是热能产生的原因之一。
一直追求PF=1， 可能是一个迷思了。。希望你了解我要带出的话。。

pic 发表于 20-7-2010 09:26 AM

我理解您的意思。先前也提到了，对于效率问题,碍于技术跟能力以及现实无完美等原因，我没办法着手..只是我只有几颗电容，想说能不能加进去改善PF，微微降市电的负荷..(咦..一开始这样讲好像比较容易明白orz)

开关电源， 对输入不是那么敏感和讲究， 你输入的是纯DC，或是含很高纹波的DC， 最后还是靠PWM 占空因数 （duty cycle）来控制。 为什么SMPS的效率是80~90%？因为零件不是完美啊。。。

“ 开关电源喂的若是理想的DC时，PF效率是否会比吃AC时的高？”
我不正面回答你的问题，但让你思考：
不谈AC240V ~DC12V， 就谈DC 去DC， 比如DC24V 去 DC12V， 效率都不是100%。
PF =1 ， 我解读成是 AC 输入有完全用到， 完美的用到“来降压产生DC+ 产生热能”。
又回到了“能源是不能被创造的， 能源只能被转换。”

偶感觉您误会了.. 转压的效率跟PF效率..前者偶一开始都没奢求要有改善orz

ASB

太感激您的回复了！！！‘


我理解displacement power factor ，但对distortion power factor概念还 ...
飞天神喵哇 发表于 20-7-2010 02:39 PM

distortion power factor: 当AC经过non-linear load(recticfier,inverter,energy saving lamp,etc.),current waveform 不再是sin wave,而是distorted waveform. Distorted waveform造成low power factor称为distortion power factor。

要改善distortion power factor，必须用filter把Distorted waveform弄回成sin wave。

nibingfa

現今用户的負苛(load)多属电子， 如电脑等。
造成harmonic 的distortion。
Power Factor corrector capacitor bank 要 另装Inductor (for 7%harmonic)

chongxx

帮帮忙。。。
Power factor corrector 要多少钱？ 谁会按装 ？ 我餐馆的电费够力贵 。。。

alwayson

chongxx 发表于 25-7-2012 11:32 AM
帮帮忙。。。
Power factor corrector 要多少钱？ 谁会按装 ？ 我餐馆的电费够力贵 。。。

如果tnb 没有多charge 你商业市电PF 低于要求的话, 装了电容补偿器也不会让你省电费的。。。

tkshim

越看越不懂！！！

tong5563

楼上同感

ElectricMan

謝謝pic。在電工里power factor corrector 也就就是 LV room 的capacitor bank吧。