Mise à jour le 25/05/2013  Réalisation d'un convertisseur 12 vers 220 V

 

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Ventilateur de frigo
Ventilateur (2)
      

    Cette page a été transmise  par Philippe Moya, elle est extraite d'une revue d'électronique. N'étant pas spécialiste en électronique, je ne pourrais pas répondre à vos questions. J'ai reçu des mails m'indiquant la difficulté de trouver certains des composants (pas toujours les mêmes ???) mais comme je n'ai jamais eu de retour, je ne peut pas non plus vous en dire plus (par contre un retour d'information me permettrais de vous donner des tuyaux)

     Surveillez les promos dans les grandes surfaces, P Lambert me signale "Si ça peut rendre service, j'ai trouvé ce jour (pour ne pas les citer, chez Leclerc)un petit convertisseur 12V/230V 150W pour 12,40Euros. Je pense que ça ne vaut pas le coup de s'en passer pour ce prix là." (01/08)
      et aussi http://www.voilelec.com/pages/index.php car les besoins sur le bateaux sont les mêmes

     Fabriquer du 220 V alternatif à partir d'une source d'alimentation continue telle que batterie ou dynamo a toujours été un problème d'actualité pour les électroniciens amateurs.
     Qu'il s'agisse de pallier une défaillance du secteur EDF, ou tout simplement de ne pas pouvoir y recourir, les occasions ne manquent pas pour utiliser une « centrale électrique» personnelle. Il existe de nombreux schémas plus ou moins complexes et plus ou moins performants, entre lesquels il faut choisir en fonction de la puissance nécessaire, et de la nature des équipements alimentés.
     La solution que nous allons décrire ici se situe, à notre avis, dans la bonne moyenne notre montage ne fait appel qu'à des composants courants tout en convenant à une majorité d'usages.
     Tous les onduleurs ou convertisseurs permettant de reconstituer du 220 V alternatif a partir d'une batterie fonctionnent sur le même principe de base : un dispositif électronique (autrefois électromécanique !) découpe ou module l'alimentation continue pour en faire une basse tension alternative.
     Celle-ci est alors appliquée a un transformateur élévateur capable de l'amener a 220 volts efficaces.
     A ce niveau, pas de miracle: les caractéristiques du transfo doivent être en rapport avec la puissance exigée.
     La seule méthode permettant de réduire notablement la taille, le poids, et le prix du transfo consiste à opérer a haute fréquence (noyau ferrite). Pour certaines applications telles que l'éclairage, cette solution est parfaitement viable, de même que dans tous les cas où une tension continue de 220 volts peut convenir.
     Dans le cas général, cependant, c'est impérativement du 50 Hz (ou du 60 Hz) qu'il faut générer. Attendons-nous donc a devoir employer un transformateur pesant plusieurs kilos pour une puissance de quelques centaines de VA.
     Dans l'idéal, la forme d'onde délivrée devrait être sinusoïdale, ce qui sous-entend un rendement déplorable et un énorme échauffement des transistors.
     Certains schémas fournissant du « quasi-sinus » permettent d'améliorer les choses, mais ne perdons pas de vue que beaucoup d'équipements acceptent fort bien, quoi qu'on en dise souvent, d'être alimentés par du 220 volts rectangulaire (la valeur efficace est alors égale a la tension de crête).
     Cela étant posé, il est tentant de recourir a des convertisseurs dits « auto-oscillants »' extrêmement simples (deux transistors et un transfo un peu spécial) mais qui fournissent précisément du rectangulaire.
     Sur charges résistives ou légèrement réactives, tout va bien. Les choses se corsent, par contre, lorsque l'on cherche a alimenter des moteurs (perceuses, outils de jardin, robots ménagers, auxiliaires de chauffage, etc..).
     Outre le fait que ces charges sont très fortement selfiques, les pointes de courant enregistrées au démarrage écroulent littéralement le convertisseur.
     L’action conjuguée de ces deux facteurs se traduit par une montée de la fréquence à plusieurs kilohertz.
     A de telles fréquences, l'impédance d'un moteur devient telle que pratiquement aucun courant ne le traverse : le convertisseur ne souffre nullement, mais n'arrivera jamais à faire tourner le moteur !
     La parade consiste à employer un onduleur piloté. Pas par quartz évidemment, car nous n'avons en général que faire d'un 50 Hz plus précis que celui du réseau !
     Un simple oscillateur à 555, par exemple, suffira à assurer une excellente stabilité de fréquence.
     Le montage sera évidemment plus complexe qu'un circuit auto-oscillant : il faudra prévoir suffisamment de transistors pour élever jusqu'à 15 ou 20 ampères Si nécessaire, les 300 mA maximum que peut débiter la sortie d'un 555.
     Un tel montage exploite donc à fond le gain en courant (bêta) des transistors employés.
     Dans l'application pratique qui va suivre, on veillera à utiliser des composants de qualité, par exemple des 2N 3055 « RCA ». C’est avec tristesse que nous devons avouer avoir trouvé, chez certains revendeurs, des 2N 3055 présentant, à 10 ampères collecteur, un bêta inférieur à l'unité: un comble!
     Rappelons en effet que pour un transistor de puissance, le gain à 10 ou 100 mA collecteur ne signifie à peu près rien...

Un schéma passe partout

Tel qu'il se présente à la figure 1, notre schéma permet la réalisation d'un convertisseur 12 V-220 V d'une puissance pouvant atteindre 100 à250 VA selon la qualité des transistors utilisés. En remplaçant les 2N 3055 par des «darlingtons»  de puissance, on pourra dépasser largement ces limites.
     Au-delà de 300 VA environ, on aura cependant intérêt à prévoir une recharge permanente de la batterie qui, autrement, ne tarderait pas à déclarer forfait. On peut envisager:

D'utiliser la batterie d'une voiture dont le moteur tourne au ralenti franchement accéléré;

De raccorder à la batterie une dynamo ou un alternateur de voiture (avec régulateur) entraîné par un moteur de tondeuse à gazon muni d'une poulie, ou par une éolienne;

D'adapter le montage à une batterie de 24 volts, suffisante pour des puissances atteignant 600 VA.

     Bien refroidi, le montage ne craint cependant pas vraiment les surcharges: la tension de sortie chute, mais la fréquence reste stable. C'est ainsi que nous avons pu faire fonctionner, à couple réduit, une perceuse de puissance très supérieure aux possibilités de notre maquette.
     Le réseau de résistances équipant l'oscillateur pilote à 555 a été calculé pour conduire à un rapport cyclique de 50 % à la fréquence de 50 Hz. Cela est capital pour le bon fonctionnement de l'appareil car toute dissymétrie du signal appliquerait une polarisation magnétique au transfo, de nature à le saturer. Si la fréquence devait être modifiée (60 Hz par exemple), c'est en priorité sur le condensateur C1 de 0,22 µF qu'il faudrait agir.
     Les résistances de 47 ohms doivent supporter au minimum 1 watt des résistances vitrifiées sont conseillées, mais on peut aussi souder en parallèle deux 100 ohms 1/2 watt.
     Un varistor Sl0K250 SIEMENS (ou équivalent en GEMOV) est prévu en sortie : son rôle consiste à écrêter les surtensions de forte amplitude inévitables avec les signaux rectangulaires.
     Omettez le, et vous aurez de bonnes chances d'endommager les équipements alimentés!
     Le transformateur est un modèle 220 V /2 x 10 V ou 2 x 9 V, et donc assez courant dans le commerce. Sa puissance sera supérieure de 10 % environ à ce que vous souhaitez obtenir en sortie.
     Le cas échéant vous pourrez facilement rembobiner les secondaires d'un transfo de récupération TV ou autre.
     Reste la question du refroidissement des transistors: le BD 185 (ou similaire) et les deux premiers 3055 doivent tiédir sans plus: aucun refroidisseur n'est nécessaire.
     Les deux 3055 de sortie, en revanche, chauffent en rapport avec la puissance commandée. Plutôt que de prévoir un très gros refroidisseur, il est souvent avantageux de monter un petit ventilateur. Un modèle 10 ou 12 watts, 220 volts convient très bien, tout en présentant l'avantage d'empêcher l'onduleur de travailler à vide en l'absence de charge.
     Notons bien que les collecteurs des deux transistors de sortie ne sont pas reliés ensemble: prévoir des isolants mica ou deux radiateurs distincts et isolés du châssis.

Réalisation pratique

    Le circuit imprimé de la figure 2 rassemble tous les composants autres que les deux transistors de sortie, le transfo, et le varistor 220 V.
    Il est prévu pour recevoir les deux 3055 « drivers » directement boulonnés et soudés sur l'époxy, ce qui améliore leur refroidissement.
    Les résistances de puissance seront écartées de 2 à 3 mm de la carte, afin d'éviter toute brûlure du stratifié.
    De toute façon, Si l'on choisit la solution consistant à employer un ventilateur, on profitera de l'occasion pour loger dans le flux d'air, non seulement le radiateur des transistors de puissance, mais également la carte de commande et le transformateur.
    Nous ne fournissons pas de directives quant au boîtier d'ailleurs facultatif pouvant être utilisé : tout dépend des dimensions des organes volumineux que sont le transfo, le refroidisseur, et l'éventuel ventilateur.
    Dans tous les cas, il est facile d'aboutir à un bloc compact ne dépassant pas l'encombrement ni le poids d'une batterie de pet~te voiture moderne: de quoi constituer une source autonome de 220 volts facilement transportable, qui vous rendra certainement un jour ou l'autre de fiers services 
    Un dernier conseil, qui a son importance: même Si vous êtes parfaitement sûr de votre montage, prévoyez un solide fusible sur l'entrée batterie » : même calibré à 32 ampères, il protègera efficacement l'ensemble contre les centaines d'ampères que peut débiter une batterie mise accidentellement en court-circuit.

Patrick Gueulle

 Nomenclature

Circuits intégrés
CI1: 555
Résistances 1/2 W, 5 % sauf mention contraire
R
1: 5,6 kΩ
R
2: 68 kΩ
R
3: 18 kΩ
R
4: 47 Ω 1 W vitrifiée
R
5: 330 Ω
R
6: 68 Ω
R
7: 68 Ω
R
8: 68 Ω
R
9: 47 Ω1 W vitrifiée
R
10: 3,9 kΩ
Autres semi-conducteurs
V
1: 507 K 250 Siemens
Transistors
T1: BD 85 ou similaire
T
2: 2N3055
T
3: 2N3055   - RCA ou
T
4: 2N3055    bonne qualité
T
5: 2N3055
Condensateurs
C1: 0,22 µF pour 50Hz
C2:10 nF
C3: 47 µF 25V
Divers
Transfo 220 VI 20 V point milieu
puissance : voir texte
Refroidisseur 2 x T03 isolés
Ventilateur facultatif.

 

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