I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   17 ~ 24   I SS N:  2088 - 8 694 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i 1 . pp 17 - 24           17       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   A Nov el Single  P ha se bridg eless  A C/DC  PF C  conv e rter   for Lo w   To tal H a r m o nics  Disto rtion a nd  H i g h P o w er F a ctor       Sa nthi M a r y Ant o ny 1 ,  G o dw i n I mm a n uel 2   S c h o o l  Of   El e c tri c a l  A n d   El e c tro n ics ,   S a th y a b a m a   Un iv e rsit y ,   Ch e n n a i ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 8 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   1 6 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Dec   3 0 ,   2 0 1 7       No w   d a y ’s  th e   p o we r  f a c to r  h a s  b e c o m e   a   m a jo r  p ro b lem   in   p o w e r  s y ste m   to   im p ro v e   th e   p o w e r   q u a li ty   o f   th e   g rid ,   a s  p o w e r  f a c to r  is  a ff e c ted   o n   th e   g rid   d u e   to   th e   n o n li n e a r  lo a d s  c o n n e c ted   to   it .   S in g le  p h a se   b rid g e les s  A C/D C   p o w e r  f a c to r  c o rre c ti o n   ( P F C)  t o p o l o g y   to   im p ro v e   th e   p o w e r  f a c to r  a s  w e ll   a s  th e   to tal  h a rm o n ic  d isto r ti o n   (T HD )  o f   th e   u ti li ty   g rid   is   p ro p o se d .   By   re m o v in g   th e   in p u t  b ri d g e   in   c o n v e n ti o n a l  P F C  c o n v e rters ,   th e   c o n tro l  c ircu it   is  si m p li f ied ;  th e   to tal  h a rm o n ics   d isto rti o n   (T HD )  a n d   p o w e r  f a c to r  (P F )  a re   im p ro v e d .   T h e   P I  c o n tro ll e r  o p e ra tes   in   tw o   lo o p s  o n e   is  th e   o u ter  c o n tro l   lo o p   w h ich   c a lcu late s   th e   re f e r e n c e   c u rre n t  th ro u g h   L C  f il ter  a n d   sig n a l  p ro c e ss in g .   In n e r  c u rre n t  lo o p   g e n e ra tes   P W M   s w it c h in g   sig n a ls  t h ro u g h   th e   P I   c o n tro ll e r.   T h e   o u tp u t  o f   th e   p ro p o se d   P F C  to p o l o g y   is  v e rif ied   f o r   p ro t o ty p e   u sin g   M ATLA B   c ircu it   sim u latio n s.  T h e   e x p e ri m e n tal  s y ste m   is   d e v e lo p e d ,   a n d   t h e   sim u latio n   re s u lt s a re   o b tain e d .   K ey w o r d :   T o tal  h ar m o n ic s   d is to r tio n   ( T HD)   P o w er   f ac to r   c o r r ec tio n   ( P FC )   b r id g eless   c o n v er ter   SEP I C   co n v er ter s   DSP   Co p y rig h t  ©   201 8   In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   San t h i M ar y An to n y ,    Sch o o l  o f   E lectr ical  a n d   E lectr o n ics ,   Sath y ab a m a  U n i v er s it y   C h e n n ai,   I n d ia .   E m ail:  m s a n t h i m ar y @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h e  p u r p o s e  o f   i m p r o v i n g   p o w er   q u alit y   o f   t h e  AC   s y s te m   h as  b ec o m e  e x ce s s iv e   i n ter est  f r o m   y ea r s   ag o .   T h er e  is   h u g e  u s a g e  o f   p o w er   elec tr o n ic  d ev ices,  s u c h   as  v ar iab le  s p ee d   d r iv es,  u n c o n tr o lled   r ec tif ier s   an d   o th er   s w i tch i n g   d ev ice s ,   th ese  d e v ices  a f f ec ts   th e  p o w er   q u al it y   o f   t h e  u tili t y   g r i d   s ig n i f ican tl y   . T o   d ec r ea s e  h ar m o n ic s   in   tr a n s m is s io n   lin e s ,   th e  R e s ea r ch   o n   ac tiv e  p o w er   f ac to r   co r r ec tio n   ( P FC )   tech n iq u es   h as ta k e n   o n   a n   ac ce ler ated   p a th   t y p ical  P FC   co n v er ter   to p o lo g ies ar e  b o o s t B u c k -   b o o s t [ 8 ] ,   b u ck   a n d   SEP I C   [2 - 5 ] . T h e  b o o s t  co n v er ter   is   r ar el y   u s ed   in   p r ac tical  ap p lic atio n s ,   as  t h e  i n p u t  c u r r en t  ca n   b e  ea s il y   f o r m ed   in to   a   s i n u s o id al  w a v e f o r m   t o   m ai n tai n   u n it y   p o w er   f ac to r .   Ho w e v er ,   t h e  b o o s t  P FC   c o n v er ter   [ 8 ]   h a s   a   r estricte d   ca p ab ilit y   s i n ce   t h e  p ea k   v al u e  o f   t h e  AC   in p u t  v o ltag e  m u s t  b e  less er   th a n   t h e   DC   o u tp u t   v o lta g e.   On   t h e  o t h er   h an d ,   t h e  DC   o u tp u t  v o ltag e   o f   th e   b u c k   P FC   is   lo w er   t h a n   t h e  p ea k   o f   th e   AC   i n p u t   v o lta g e,   w h ic h   r ed u ce s   t h e  co s t  an d   th e  r atin g   o f   t h e  co m p o n e n t.  A   b u ck   P FC   co n v er ter   [ 9 - 1 1 ]   g iv es  a n   alter n ati v e  f o r   lo w - v o lta g e  ap p licati o n s   s u ch   as  a  4 8 V  D C   b u s .   T h e  b u c k   co n v er ter   h as  h i g h   e f f icien c y   f o r   en tire   in p u t   v o ltag e  r a n g e  w i th   d is to r ted   in p u t c u r r en t t h at  co m f o r tab l y   cr o s s es t h e  li m its   i m p o s ed   b y   I E C   r eq u ir e m e n ts .   A   b u ck   P FC   AC /D C   co n v er t er   p r o v id es  an   alter n ati v e  o p tio n   f o r   lo w - v o ltag e  ap p licati o n s   [ 1 5 ] .   Un li k e  in   t h e  b o o s t  ch o p p er ,   th e  o u tp u t  v o ltag e  o f   t h e  b u c k   ch o p p er   is   lo w er   th an   t h e  p ea k   o f   th e  i n p u t  ac   v o ltag e,   a n d   t h is   s i g n if ican t   f ea tu r e  allo w s   th e   lo w   v o lta g e  r atin g   o f   s w itc h i n g   d ev ice s   to   b e  u s ed   i n   t h e   co n v er ter ,   w h ic h   ca n   s i g n if ic an tl y   r ed u ce   t h e  co m p o n en t  co s t  [ 1 7 ] .   On   th e  o n e  h an d ,   d ep en d in g   o n   th e   ap p licatio n ,   a  r eso n an t  co n v er ter   ca n   b e  ex clu d ed   f r o m   th e  b u ck   co n v er ter   to p o lo g y .   T h e  in p u t  cu r r e n t  o f   th e   b u ck   P FC   co n v er ter   h a s   d ea d   zo n es  alo n g   t h e  c y cle,   w h ic h   r eq u ir es  ex te n s iv e  p as s i v e  f il te r in g   to   i m p r o v e  th e   p o w er   f ac to r   [ 1 6 ] .   T h e  co n v en tio n al  SEP I C   co n v er ter   ca n   s u p p l y   a  h i g h - p o w er   f ac to r   in   w id e  r an g e  o f   v o ltag e  co n d itio n s   [ 1 2 - 1 3 ] .   T h e  o u tp u t  v o lta g e  co u ld   b e  r ed u ce d   o r   in cr ea s ed   w ith o u t  t h e  n ee d   o f   i n v er s io n   w it h   t h e  SEP I C   co n v er ter s   [ 1 4 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lec tr o n   &  Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   17   –   24   18   T h is   in tr o d u ce s   a  n e w   to p o lo g y   f o r   s i n g le  p h ase  b r id g ele s s   A C / DC   P FC   co n v er ter s .   T h is   u s ed   to   r ed u ce   th e   T HD  an d   i n cr ea s i n g   P F  o f   th e   o p er atio n .   I n   S ec tio n 1   P r o p o s ed   SEP I C   co n v er ter   co m b i n es  th e   b r id g e  an d   DC - D C   s tag e s   i n to   o n e  s ta g e.   Sect io n 2   an a l y s es  o p er atio n   o f   th e  p r o p o s ed   SEP I C   P FC   co n v er ter .   I n   Sectio n 3   co m p o n e n t  s elec tio n   a n d   co n tr o l  cir cu i t  d esi g n   ar e  p r esen ted .   T h e  s i m u l atio n   r es u lts   o f   th e   co n v e n tio n al  a n d   p r o p o s ed   SE P I C   co n v er ter   ar e  p r esen ted .   Su m m ar y   an d   f u t u r e  w o r k   is   p r o v id ed   in   it.       2.     NE E D  F O R  I M P RO VING   P O WE R  F ACTOR   P o w er   f ac to r   is   th e  r atio   o f   R e al  p o w er   f lo w i n g   to   th e  lo ad   to   th e  ap p ar en t  p o w er   in   t h e  ci r cu it.  I d ea l  p o w er   f ac to r   i s   1   an d   d e v ice  c o n s u m e s   all  th e  p o w er   it  d r a ws.  T h e  r an g e   o f   p o w er   f ac to r   i s   lies   b et w ee n   to   - 1  to   +1 .   T h e  b en ef its   o f   p o w er   f ac to r   co r r ec tio n   is     i.   T o   r ed u ce   lo s s es     ii.   T o   p r o tect  d ev ices f r o m   h i g h   cu r r en ts   iii.   P o w er   q u ali t y   i s   i m p r o v ed   iv .   R ed u ctio n   o f   elec tr icit y   b ills     P o w er   f ac to r   is   d ep en d en t  o n   lo ad   s o   v ar y   ac co r d in g   to   th e  lo ad s .   L in ea r   lo ad s   w i th   lo w er   p o w er   f ac to r   ca n   b e  co r r ec ted   w it h   p ass iv e  n et w o r k   o f   ca p ac ito r s   o r   in d u cto r s .   No n - li n ea r   lo ad s   w it h   lo w er   p o w er   f ac to r   ca n   d es tr o y   t h e  cu r r e n t  f r o m   th e  s y s te m .   I n   s u ch   a ctiv e  o r   p ass i v e  n et w o r k s   i s   u s ed   to   a v o id   th e  d is to r tio n   o f   cu r r en t   an d   b y   i m p r o v in g   t h e  p o w er   f ac to r .       3.     P RO P O SE D  B RIDG E L E SS   SE P I C  P F C  CO NV E RT E R   P r o p o s ed   SEP I C   co n v er ter   co m b in e s   t h e  b r id g e  an d   D C - DC   s tag e s   i n to   o n e  s tag e  . W e  s i m p lif ied   th e   co n tr o ller   cir cu it  b y   eli m i n a tin g   t h e  i n p u t  b r id g e  i n   co n v e n tio n al  P FC   co n v er ter s ,   th e  to tal  h ar m o n ic   d is to r tio n   [ T HD]   an d   p o w er   f ac to r   [ P F]  ar e  i m p r o v ed .   T h e  p r o p o s ed   c o n v er ter   is   ab le  to   r ed u ce   th e  T HD   2 . 8 3 %  f r o m 5 . 7 2 %  an d   i m p r o v e  t h e  p o w er   f ac to r   to   0 . 9 9 8 . T h e  p r o p o s ed   b r id g eless   SEP I C   P FC   co n v er ter   to p o lo g y   p r o v id es  m u c h   b e tter   p er f o r m an ce   th a n   co n v en tio n al   SEP I C   P FC   co n v e r ter .   T h e  p r o p o s ed   co n v er ter   s i n g le  p h a s e  b r id g el ess   SEP I C   P FC   is   b etter   f o r   l o w er   p o w er   eq u ip m e n t  e s p ec iall y   t h o s e  r eq u ir i n g   h ig h   q u alit y     i n p u t   p o w er   . T h e  o p er atio n   o f   th e   co n v en tio n al  SEP I C   P FC   co n v er ter   cir cu it  ca n   b e  s ep ar ated   i n   to   t w o   m o d es  d ep en d i n g   o n   t h e  p o s itio n   o f   th e  s w itc h es.  W h en   t h e  s w i tch   Q 1   s w itch ed   o n ,   o u tp u t  d io d e  D   ac ts   as  r ev er s e  b iased .   T h e  in p u t  in d u cto r   L 1   g et s   ch ar g e,   th en   o u tp u t  in d u cto r   L 2   an d   A C   in p u t  ca p ac ito r   C 1   cr ea tes  a  r eso n an t  cir c u it.  H er e,   lo ad   d r aw s   cu r r e n t  f r o m   t h e  o u tp u t  ca p ac ito r   C 0.   Du r in g   t h is   t i m e  o f   o p er atio n ,   th e  v o lta g e  o f   th e  i n p u t  i n d u c to r   w i ll  b e  eq u al  with   t h e  r ec ti f ied   A C   v o lta g e  V ac .   I n p u t  ca p ac ito r   v o ltag e   an d   o u tp u t  i n d u cto r   v o ltag e  ar e  al s o   eq u a l  to   V ac   d u r in g   th i s   f ir s t  m o d e  o f   o p er atio n .   I n   t h e  s ec o n d   m o d e,   th e   Q1 s w itc h   is   tu r n ed   o f f ,   th e n   th e   d io d e  D  is   f o r w a r d   b iased   an d   L 1,   C 1,   L 2   cr ea t es  a  lo o p .   T h e  lo ad   is   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   th e  i n d u cto r s   d u r in g   i n   s ec o n d   m o d e,   w h ich   w ill  d is c h ar g e  t h e m   d u r in g   t h e  m o d e  o f   o p er atio n   Fig u r e  1 .             Fig u r e  1 .   C o n v e n tio n al  SEP I C   P FC   co n v er ter     Fig u r e  2 .   P r o p o s ed   SE P I C   P F C   co n v er ter   cir cu it       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i  S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l S in g le  P h a s e  b r id g ele s s   A C / DC   P F C   co n ve r te r   fo r   Lo w   To ta l H a r mo n ics ..   ( S a n th i Ma r y   A n to n y )   19   T h e  p r o p o s ed   b r id g eless   SE P I C   P FC   co n v er ter   b r id g e  d io d e  s y s te m   r ep lace d   w it h   t h r ee   ac ti v e   s w itc h es  w h ich   i s   s h o w n   i n   F ig u r e  2 .   W h en   all  t h e  s w itc h e s   s u c h   as  Q 1,   Q 3   an d   Q 4   tu r n   o n ,   in p u t  i n d u cto r   cu r r en ts   ar e  li n ea r l y   i n cr ea s i n g .   T h e  o u tp u t  in d u cto r   v o lta g e  is   eq u al  to   th e  ca p ac ita n ce   v o ltag e  C 1   w h ich   w a s   eq u al  in p u t  v o lta g e  b ef o r e  all   th e   s w i tch e s   ar e  tu r n ed   o n .   T h er eb y ,   i L 2   r ed u ce s   lin ea r l y .   T h is   m o d e  en d s   b y   tu r n i n g   o f f   Q 1,   Q 3   an d   Q 4.   B y   tu r n i n g   Q 1,   Q 3   an d   Q 4   o f f ,   Dio d e  D   s tar ts   to   co n d u ct.   T h en   I n p u t  i n d u cto r s   cu r r en t  r ed u ce s   li n ea r l y   an d   o u tp u t  i n d u cto r s   cu r r en t  in cr ea s es  lin ea r l y   u n til  t h e  d io d e  cu r r en t  ex ti n g u is h e s .   W h en   D   t u r n s   o f f ,   o u tp u t  s id e   is   d etac h ed   f r o m   th e  i n p u t  s i d e,   th e  cu r r en t  t h r o u g h   th e  i n d u cto r s   f r ee w h e el  at   th e  in p u t sid e.   W o r k in g   m o d e s   f o r   p r o p o s ed   SE P I C   P FC   co n v er ter   is   p r o v id ed .       4.     P RINCI P L E   O F   O P E RA T I O N   Sin ce   t h e  p r o p o s ed   SEP I C   co n v er ter   cir c u it  co n s is t s   o f   t w o   s y m m etr ical  s tr u ct u r es  a s   s h o w n   i n   Fi g .   3 ,   th is   cir cu i t  is   m ai n l y   u s ed   f o r   th e  p o s iti v e  h al f   c y cle  s tr u ctu r e.   S u g g e s ti n g   t h at  t h e  ci r cu it  w o r k i n g   i n   a   p o s itiv e  h al f   c y cle   o f   a  s w itc h in g   p er io d   T s   ca n   b e   d iv id ed   i n to   t h r ee   w o r k i n g   m o d es  a n d   it  ca n   b e  d e f in ed   a s   f o llo w s .     M o de  1 .   I n   th is   m o d e,   Q1 ,   Q3   an d   Q4   s w itch e s   ar e  tu r n ed   o n .   I n   t h is   m o d e  o f   o p er atio n   s h o w n   in   f i g .   1 ,   th e   o u tp u t  i n d u cto r   cu r r en t s   d ec r ea s es  an d   i n p u t  i n d u cto r   cu r r en t  in cr ea s es  li n ea r l y   a t  a  r ate  o f   p r o p o r tio n al  to   th e  in p u t  v o ltag e  Vac .   M o de  2 .   I n   th is   m o d e,   Q1 ,   Q 3   an d   Q4   s w i tch e s   ar e  t u r n ed   o f f ,   b u t   Q1   an d   Q4   ar e  c o n d u cti n g   th r o u g h   a n ti   p ar allel  b o d y   d io d es  s h o w n   i n   f i g . 2 .   T h en   f o r w ar d   d io d e  D  is   tu r n ed   o n ,   p r o v id in g   a   p ath   f o r   t h e  i n p u t   a n d   o u tp u t  in d u cto r   cu r r en ts .   I n   th is   m o d e,   t h e  in p u t  i n d u c to r   cu r r en t s   ar e  li n ea r l y   d ec r e ase,   at  t h e  r ate   o f   p r o p o r tio n al  to   th e  o u tp u t  v o lt ag e  V dc   an d   o u tp u t in d u cto r   cu r r en t lin ea r l y   in cr ea s e.   M o de  3 .   I n   th i s   m o d e,   all  t h e  ac ti v e  s w itc h es  ar e   t u r n e d   o f f ,   as   s h o w n   in   b elo w   f i g   5 .   Q1   an d   Q4   ar e   co n d u cti n g   t h r o u g h   a n ti  p ar allel  b o d y   d io d es.  T h is   m o d e  en d s   b y   t h e  n e x t  s w itc h i n g   c y cl e.   I n   th is   m o d e,   th e   in d u cto r s   L 1 ,   L 2   an d   L 3   c u r r en ts   ar e  eq u al.   T h e  s w i tch   v o lt ag e  an d   d io d e  v o lta g e  ar e  eq u al  in p u t  v o ltag e  V ac   an d   o u tp u t  v o ltag e  V dc   r esp ec ti v el y .             Fig u r e  3 .     C ir cu it d iag r a m   f o r   Mo d e   1     Fig u r e  4 .   C ir cu it d ia g r a m   f o r   Mo d e   2           Fig u r e  5 .   C ir cu it d ia g r a m   f o r   Mo d e3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lec tr o n   &  Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   17   –   24   20   4 . 1    B lo ck   Dia g ra m   T h e  b lo ck   d iag r a m   co n s is ts   o f   p o w er   f ac to r   i m p r o v e m en t  u n it   b ased   o n   m icr o co n tr o l ler   w h ic h   co n s is t  o f   SEP I C   P FC   co n v er ter   an d   P I   co n tr o ller .   T h e  in p u t  is   in   th e  f o r m   o f   AC .   B r id g eless   r ec tif ier /B r id g eles s   SEP I C   co n v er ter   is   u s ed   to   co n v er t   AC   to   DC .   T h e   DC   v o lta g e   is   g iv e n   to   D C   to   DC   co n v er ter ;  o u tp u t  o f   co n v er te r   is   f ed   to   d if f er en t  t y p es  o f   lo ad .   T h e  P I   co n tr o ller   is   u s ed   to   ca lcu late  p o w er   f ac to r   b y   u s i n g   p h a s e  d if f er e n ce   b et w ee n   v o lta g e  a n d   cu r r en t.   T h e  DSP I C 3 0 F  d ev ices   co n tai n   ex ten s iv e   Dig ital   Si g n al  P r o ce s s o r   ( D SP )   f u n ctio n alit y   w i th i n   a   h ig h   p er f o r m a n ce   16 - b it   m icr o co n tr o ller   ( MCU)   ar ch itect u r e.   Dev ice  b lo ck   d ia g r a m s   f o r   th e  d s P I C 3 0 F4 0 1 1   a n d   d s P I C 3 0 F4 0 1 2   d ev ice .             4 . 2   P ro po r t io na l In t eg ra l ( P I )   Co ntr o l   T h e  co m b i n atio n   o f   p r o p o r ti o n al  a n d   i n teg r al   ter m s   i s   i m p o r ta n t  to   in cr ea s e  t h e  s p ee d   o f   t h e   r esp o n s e  an d   to   eli m i n ate  th e  s tead y   s tate.   T h e  m u lti  lo o p   c o n tr o l  is   p r o p o s ed   f o r   th e  co n v er ter ,   o u ter   v o ltag e   co n tr o ller   g en er ati n g   t h e  r ef er en ce   cu r r en t  to   r eg u late  th e  D C   v o lta g e  an d   th e  in n er   P I   co n tr o ller   g en er ati n g   th e  g ati n g   s i g n a ls   as  s h o w n   i n   Fi g u r e  4 .   T h e  h ig h   f r eq u en c y   s w itc h i n g   o f   t h e  co n v er ter   p r o d u ce s   s w itc h i n g   r ip p les o n   th e  DC   v o lta g e.   T h u s ,   t h e  m ea s u r ed   DC   v o lta g e  i s   p r o ce s s ed   th r o u g h   a  b an d   s to p   f ilter   to   eli m i n ate   th e  n o i s e  o n   th e  m ea s u r e m en ts .             T h e  DSP I C 3 0 F d ev ices c o n tai n   e x ten s i v e  Di g ital   Si g n al  P r o ce s s o r   ( DSP )   f u n c tio n alit y   w it h in   a  h i g h   p er f o r m a n ce   1 6 - b it  m icr o co n t r o ller   ( MCU)   ar ch itectu r e.   D ev ice  b lo ck   d iag r a m s   f o r   th e  d s P I C 3 0 F4 0 1 1   an d   d s P I C 3 0 F4 0 1 2   d ev ice       5.     SI M UL AT I O N  RE SUL T S   5 . 1   SE P I C  P F C  Co nv er t er   Usi ng   B ridg e  Co nfig ura t io n   T h e  Fig u r e  6   r ep r esen t s   t h e   s i m u latio n   f o r   SEP I C   P FC   co n v er ter   u s in g   b r id g e   co n f i g u r atio n .   Her e   th e  i n p u t  v o lta g e  i s   g iv e n   t h r o u g h   v ar iab le  ac   s o u r ce   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e 7 .   B o o s tin g   o f   t h e  i n p u t  v o lta g e  is   d o n e  b y   th e  SEP I C   co n v er ter   w h ic h   ac ts   a s   a  b o o s t  c o n v er t er .   T h e  co n v er ter   co n v er ts   ac   to   d c  an d   th en   u s ed   to   r u n   th e  lo ad .   Her e  w e  h a v e  u s ed   P W M  tech n iq u e  to   g en er ate  p u ls e.   T h is   p u ls e  is   g i v en   to   th e  MO S FET   s w itc h   in   t h e  co n v er ter   s id e.   Sco p e  is   co n n ec ted   to   v ie w   th e  p o w er   f ac to r   an d   th e  to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n .   T h e  o u tp u t d c  v o ltag e  a n d   cu r r en t r esp ec tiv el y   ar e  s h o w n   i n   Fig u r e  7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i  S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l S in g le  P h a s e  b r id g ele s s   A C / DC   P F C   co n ve r te r   fo r   Lo w   To ta l H a r mo n ics ..   ( S a n th i Ma r y   A n to n y )   21       Fig u r e  6 .     Si m u latio n   d ia g r a m   f o r   ex is t in g   s y s te m       T h e  p r o p o s ed   s in g le   p h ase   b r id g eless   SEP I C   to p o lo g y   i s   s i m u lated   b y   M A T L A B   b as ed   o n   t h e   d esig n .   T h e  p r esen ts   t h e  tr an s i e n t  i n p u t   v o lta g e,   i n p u t  c u r r en t,  o u tp u t  v o lta g e,   o u tp u t  c u r r en t  f o r   co n v e n tio n al   SEP I C   P FC   co n v er ter .           Fig u r e  7 .   I n p u t v o lta g e  an d   cu r r en t  w a v e f o r m s         Fig u r e  8 .   Ou tp u t V o lta g e  W av ef o r m s   f o r   C o n v e n tio n al  S y s te m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lec tr o n   &  Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   17   –   24   22       Fig u r e  9 .   Ou tp u t  C u r r e n t W av ef o r m s   f o r   C o n v e n tio n al  S y s te m       5 . 2     SE P I C  P F C  Co nv er t er   Usi ng   B ridg eless   Co nfig ura t io n   T h e  Fig u r e   1 0 .   r ep r esen ts   s i m u latio n   o f   SEP I C   P FC   co n v er ter   w ith   b r id g ele s s   co n f i g u r atio n   b y   r e m o v i n g   i n p u t    b r id g e.   T h e  f o u r   d io d es  ar e  r ep lace d   w it h   MO SF E T S.  T h e  in p u t  v o lt a g e  is   g iv e n   t h r o u g h   v ar iab le  ac   s o u r ce .   B o o s tin g   o f   th e  i n p u t  v o lta g e  is   d o n e  b y   t h e  SEP I C   co n v er ter   w h i ch   ac ts   as  a  b o o s t   co n v er ter .   T h e  co n v er ter   co n v er ts   ac   to   d c  a n d   th e n   u s ed   to   r u n   th e  lo ad .     P W M  tech n iq u e   is   u s ed   to   g e n er ate   p u ls e.   T h is   p u ls e   is   g i v e n   to   t h e  MO SF E T S f o r   s w itc h i n g   p u r p o s e  in   t h e  co n v er ter   cir cu it.  Sco p e  is   co n n ec ted   to   v ie w   t h e  p o w er   f ac to r   an d   th e  to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n .   T h e  o u tp u t  v o lta g e  an d   cu r r en t  ar e  s h o w n   i n   Fig u r e   11.           Fig u r e  1 0 .   Si m u latio n   d ia g r a m   f o r   p r o p o s ed   s y s te m           Fig u r e  1 1 .   W av ef o r m s   o f   O u t p u t v o lta g e  an d   Ou tp u t c u r r en t     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i  S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N o ve l S in g le  P h a s e  b r id g ele s s   A C / DC   P F C   co n ve r te r   fo r   Lo w   To ta l H a r mo n ics ..   ( S a n th i Ma r y   A n to n y )   23   5 . 3     Co m pa r s io n  o f   P o w er   F a ct o r   a nd   T HD       T ab le  . 1   C o m p ar is o n   o f   P F a n d   T HD         Si m u latio n   r esu lts   h av e  b ee n   co m p ar ed   w it h   th e  co n v e n tio n al  s ep ic  co n v er ter .   I t  h as  o b tain ed   th at   th e  p o w er   f ac to r   co r r ec tio n   f o r   co n v en tio n al  s ep ic  co n v er ter   is   0 . 8 3 9 7   w it h   to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   o f   0 . 4 6 7 7 .   I n   th e  p r o p o s ed ,   b r id g eles s   s ep ic  co n v er ter ,   th e  p o w er   f ac to r   co r r ec tio n   is   0 . 9 8 8 8   w ith   r ed u ce d   to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   o f   0 . 1 5 6 3 . B y   co m p ar in g   t h e  co n v en t i o n al  co n v er ter   w it h   t h e  p r o p o s ed   co n v er ter ,   th e   p r o p o s ed   b r id g eless   s ep ic  co n v er ter   p o w er   f ac to r   is   i m p r o v ed   b y   1 . 4 9 %  w ith   r ed u ce d   to tal  h ar m o n ic   d is to r tio n   o f   3 1 . 1 4 %.       6 .     E XP E RIM E NT A L   RE S UL T S   T h e  ex p er i m en ta l  cir cu it   o f   t h e  p r o p o s ed   co n v er ter   is   d ev el o p ed .   T h e  ex p er im e n tal  r e s u l t s   o f   i n p u t   v o ltag e,   i n p u t  c u r r en t  an d   o u t p u t  v o lta g e  f o r   co n v e n tio n al  SEP I C   P FC   ar e  s h o w n   i n   th e   Fig u r e  9 .   Fo r   th e  in p u t  v o ltag e  o f   2 4   Vr m s .   Ou tp u t  v o lta g e  o f   1 0   Vr m s   a n d   in p u t  c u r r en t  o f   1 4 0 m A ,   t h e  T HD  is   m ea s u r ed   to   b e  1 5 . 6 3 %,  w i th   p o w er   f ac to r   o f   9 8 . 8 8 %.   T h e  ex p er im e n tal  r es u lts   o f   i n p u t  v o ltag e  i n p u t  cu r r e n t  an d   o u tp u t  v o lta g e  f o r   p r o p o s ed   SEP I C   P FC   o f   in p u t  v o lta g e  o f   2 4 Vr m s ,   o u tp u t  v o ltag e  o f   1 0 Vr m s ,   an d   th e  in p u t  cu r r en t  o f   1 4 0   m A   s h o w n   in   f i g . 6 ,   th e   T HD  is   m ea s u r ed   t o   b e  1 5 . 8 3 7 %,  w i th   p o w er   f ac to r   o f   . 9 .   T h e  o u tp u t  v o ltag e  r ip p les  i s   o b tain ed   0 . 1 5   V  at  1 0   Vd c.   T h e  p h ase  o f   i n p u t  c u r r en t  is   s i m ilar   to   th e  in p u t  v o lta g e  an d   th e  o b tai n ed   P F  is   n ea r l y   u n it y   s h o w n   i n   Fig u r e  1 0 .             Fig u r e  1 2 .   E x p er im e n tal  P r o to t y p e  f o r   P r o p o s ed   B r id g eless   SEP I C   C o n v er ter     Fig u r e  1 3 .     Pro p o s ed   co n v er ter   w it h   I n p u t v o lta g e  an d   I n p u t c u r r en t a r e  in   P h ase       T h eo r itical  C alcu latio n   f o r   P . F a n d   T HD  f o r   P r o p o s ed   C o n v e r ter   I n p u t V o lta g e  ( E )                 =    2 4   Vo lts   I n p u t C u r r en t ( I )                   =    6 0 m A   R esi s tan ce   ( R 0 )                       =    1 4 5   Ω   P o w er   Facto r   ( P . F)          =    R ea l p o w er ( p )   / A p p ar en t                                                                                Po w er ( S)   R ea l P o w er   ( p )           =    E 2 /R               =    ( 2 4 ) 2 /  1 4 5               =    3 . 9   w att s   R ea cti v e  P o w er   ( Q)         =    I * E                  =    6 0 * 1 0 - 3 * 2 4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lec tr o n   &  Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   17   –   24   24                =    1 . 4   w att s   A p p ar en t P o w er   ( S)          =    s q r t ( Q2 +P2 )                               =    s q r t [ ( 1 . 4 ) 2 +( 3 . 9 ) 2 ]                =    4 . 0 1   w att s   P o w er   Facto r ( P . F)              =       P /S               =    3 . 9 /4 . 0 1               =    0 . 9 8 8 3   T h er ef o r e,        P o w er   Facto r   ( P . F)      =            9 8 . 8 3 %     T o   f in d   T HD:                                                                 T HD              =            s q r t { [ 1 /( P . F)2 ] - 1}                       =            s q r t { [ 1 /( 0 . 9 8 8 3 ) 2 ] - 1}                      =          1 5 . 6 3 %       7.     CO NCLUS I O N   A  No v el   Si n g le  P h a s e  b r id g el es s   AC /D C   P FC   co n v er t er   to p o lo g y   is   p r o p o s ed ,   an al y s ed   a n d   co m p ar ed   w ith   t h e  s i m u latio n   to   im p r o v e  t h e  p o w er   f ac to r   ( P F)  as  w ell  as  T o tal  Har m o n i c  Dis to r tio n   ( T HD)   in   g r id   ap p licatio n s .   T h e  f u ll b r id g e  co n s is tin g   o f   d io d e  in   i n p u t is r e m o v ed   an d   r ep lace d   b y   b r id g eless   SEP I C   co n v er ter .   T o p o lo g y   ar e  co m p ar ed   w it h   co n v e n tio n al  SEP I C   co n v er ter ,   t h e  p r o p o s ed   b r id g eless   SEP I C   P FC   to p o lo g y   p r o v id es  m u c h   b ett er   p er f o r m a n ce   t h an   co n v e n t io n al  SEP I C   P FC   co n v er ter .   T h e  to p o lo g y   i s   i m p le m en ted   o n   a  co n v er ter   o p er atin g   f r o m   2 5 V  A C   i n p u t  t o   g en er ate  in to   1 0 V  DC .   B y   t h is   w e  ca n   ac h iev e   h ig h   P F a n d   lo w   T HD.       RE F E R E NC E S   [1 ]   IEC  6 1 0 0 0 - 3 - 2 ,   I n tern a ti o n a l  El e c tro   tec h n ica l  C o m m issio n , G e n e v a ,   S w it z e rlan d ,   1 9 9 8 .   [2 ]   C.   Qia o ,   K.  M .   S m e d le y ,   " A   to p o lo g y   su rv e y   o f   sin g le - st a g e   p o we r  f a c to r  c o rre c to r  w it h   a   b o o st t y p e   in p u t - c u rre n t - sh a p e r" ,   IEE E  T r a n s.P o we r E lec tro n . ,   v o l.   1 6 ,   n o .   3 ,   p p .   3 6 0 - 3 6 8 ,   M a y ,   2 0 0 1 .   [3 ]   O.  G ra c i a ,   J.  A .   Co b o s,  R .   P riet o ,   J.  Uc e d a ,   " S in g le p h a se   p o w e r  fa c to r  c o rre c ti o n :  A   su rv e y " ,   IEE E  T ra n s.  Po we r  El e c tro n . ,   v o l.   1 8 ,   n o .   3 ,   p p . 7 4 9 - 7 5 5 ,   M a y ,   2 0 0 3 .   [4 ]   M .   M .   Jo v a n o v ic,  Y.  Ja n g ,   " S tate - of - th e - a rt,   sin g le - p h a se ,   a c ti v e   p o w e r fa c to r - c o rre c ti o n   tec h n iq u e s fo r  h ig h - p o w e r  a p p li c a ti o n s - An - o v e rv ie w" , IEE E  T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l.   5 2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 0 1 - 7 0 8 ,   Ju n ,   2 0 0 5 .   [5 ]   A .   V il lare jo ,   J.   S e b a stian ,   F .   S o t o ,   E.   d e   J ó d a r,   " Op ti m izin g   th e   d e si g n   o f   sin g le - sta g e   p o w e r - fa c to r  c o rre c to rs" ,   IEE E  T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l . 5 4 ,   n o .   3 ,   p p .   1 4 7 2 - 1 4 8 2 ,   J u n .   2 0 0 7 .   [6 ]   L .   Hu b e r  ,   Y.  Ja n g   a n d   M .   M .   Jo v a n o v ic,  " P e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f   b rid g e les s  P F C  b o o st  re c ti f iers " ,   IEE E  T ra n s.  Po we r E lec tro n . ,   v o l.   2 3 ,   n o .   3 ,   p p . 1 3 8 1 - 1 3 9 0 ,   2 0 0 8 .   [7 ]   M .   G o p in a n t h ,   P ra b a k a ra n ,   S .   Ra m a re d d y ,   " A   b rie f   a n a l y sis  o n   b ri d g e les s  b o o st  P F C  c o n v e rter" ,   S u sta in a b le   En e rg y   a n d   In telli g e n t   S y ste m s C o n f e re n c e ,   Ch e n n a i  I n d ia,   Ju ly   2 0 1 1 ,   p p .   2 4 2 - 2 4 6 .   [8 ]   W .   W e i  ,   L .   Ho n g p e n g   ,   J.  S h ig o n g ,   X.  Dia n g u o   " A   n o v e l  b rid g e les s  b u c k - b o o st P F C   c o n v e rter" ,   P r o c .   IEE E   Po we r  El e c tro n   2 0 0 8 ,   p p . 1 3 0 4 - 1 3 0 8 .   [9 ]   Y.  Oh n u m a ,   a n d   J.  Ito h ,   " A   n o v e l  sin g le - p h a se   b u c k   P F C  A C - DC  c o n v e rter  w it h   p o w e r  d e c o u p li n g   c a p a b il it y   u sin g   a n   a c ti v e   b u f fe r" ,   IEE E  IEE E  T r a n s.  o n   I n d .   Ap p l . ,   v o l.   5 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 9 0 5 - 1 9 1 4 ,   J u n e 2 0 1 4   [1 0 ]   L .   Hu b e r,   L .   G a n g ,   M .   M .   Jo v a n o v i´ c ,   " D e sig n - Orie n ted   a n a ly sis  a n d   p e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f   b u c k   P F C  f ro n t - e n d " ,   IEE E  T ra n s .   Po we r E lec tro n . ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 ,   p p .   8 5 - 9 4 ,   Ja n .   2 0 1 0 .   [1 1 ]   E .   H.  Ism a il ,   " Brid g e les s  S E P IC  re c ti f ier  w it h   u n it y   p o w e r  fa c to r  a n d   re d u c e d   c o n d u c ti o n   l o ss e s" ,   IEE E  T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l.   5 6 ,   n o .   4 , p p .   1 1 4 7 - 1 1 5 7 ,   A p r.   2 0 0 9 .   [1 2 ]   M .   R.   S h a i d ,   A .   H.  M .   Ya ti m ,   T .   T a u f ik ,   " A   n e w   a c – d c   c o n v e rter  u sin g   b rid g e les s  S E P IC" ,   i n   P r o c .   A n n u .   Co n f .   IEE E  In d .   El e c tro .   S o c iety , G len d a le,  A Z,   2 0 1 0 ,   p p .   2 8 6 - 2 9 0 .   [1 3 ]   M .   M a h d a v i,   H.  F a rz a n e h f a rd ,   " Brid g e les s        S E P IC   P F C  re c ti f ier  w it h   re d u c e d   c o m p o n e n ts  a n d   c o n d u c ti o n   lo ss e s" ,   IEE E  T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l .   5 8 ,   n o .   9 ,   p p .   4 1 5 3 - 4 1 6 0 ,   S e p .   2 0 1 1 .   [1 4 ]   Da n ly   E.   M . ,   J y o th i  G .   K.,   " S im u latio n   o f   Brid g e l e ss   S EP IC  Co n v e rter  w it h   M o d if ied   S w it c h in g   P u lse   " ,   Jo u rn a l  o f  M o d e r n   En g i n e e rin g   Re se a rc h ,   v o l.   4   ,   n o .   3 ,   p p . 1 5 - 2 3 ,   M a r.   2 0 1 4   [1 5 ]   Da m o d a ra n   Ja y a h a r,   R.   Ra n ih e m a m a li n ,   K.  Ra th n a k a n n a n ,   “ De sig n   a n d   i m p le m e n tatio n   o f   S in g le  P h a se   A C - DC   Bu c k - Bo o st  Co n v e rte r  f o r  p o w e r  f a c to r  c o rre c ti o n   a n d   Ha rm o n ic  El im in a ti o n ” ,   In tern a ti o n a l  Jo u rn a l  o f   P o w e r  El e c tro n ics   a n d   Driv e   S y ste m   (IJ P ED S ),   V o l.   7 ,   No .   3 ,   S e p tem b e r  2 0 1 6 ,   p p .   1 0 0 4   - 1 0 1 1 ,  IS S N:   2 0 8 8 - 8 6 9 4 .   [1 6 ]   S a ra v a n a n   D,  G o p in a th   M ,   “ A   No v e l  P o w e r  F a c to r  Co rre c ti o n   M o d if ied   Brid g e   L e ss - CUK   Co n v e rter  f o r  L ED  La m p   A p p li c a ti o n s” ,   In tern a ti o n a l  Jo u r n a l  o f   P o w e r  El e c tro n ics   a n d   Dr iv e   S y ste m   (IJP EDS )  V o l.   7 ,   No .   3 ,   S e p tem b e r   2 0 1 6 ,   p p .   8 8 0 ~ 8 9 1 , IS S N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 .   [1 7 ]   W a n g   Qi,   W u   Jie ,   Ba o h u a   L a n g ,   “ De sig n   o f   S in g le - S tag e   F ly b a c k   P F C  C o n v e rter   f o r  L ED  Driv e r” ,   T EL KO M NIK A ,   V o l. 1 4 ,   No . 4 ,   D e c e m b e r  2 0 1 6 ,   p p .   1 2 6 3 ~ 1 2 6 8 ,   IS S N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.