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A L I M E N TAT I O N ELECTRONIQUE magazine - n° 18 20 Un convertisseur 12 volt

A L I M E N TAT I O N ELECTRONIQUE magazine - n° 18 20 Un convertisseur 12 volts continus 220 volts alternatifs 160 watts - 50 hertz Ceux qui utilisent couramment un ordi- nateur, savent que si la tension du secteur vient à manquer, même pour quelques secondes, tous les fichiers sur lesquels ils tra- vaillent seront perdus. L’utilisation de ce convertisseur, per- met à l’ordinateur de rester allumé, même si la tension sec- teur venait à disparaître, ce qui permet de poursuivre son travail en toute quiétude. Ce ne sont que quelques exemples de l’utilisation possible de ce convertisseur. Nous sommes certains que vous avez déjà en tête l’application dans laquelle vous voudrez l’utiliser. Dissertation terminologique ! Nous aurions pu appeler ce convertisseur “onduleur”. En effet, la mission qui lui est confiée est bien de créer une “onde” à partir d’une tension continue. Néanmoins, le terme “onduleur”, dans le langage informatique, désigne ous vous demandez probable- ment à quoi sert un convertisseur en mesure de transformer une tension continue de 12 volts en une tension alterna- tive de 220 volts. Le premier exemple qui vient à l’esprit concerne l’utili- sateur d’une caravane ou d’un camping-car qui pourra s’installer où bon lui semblera, même en dehors des zones aménagées pour le stationnement. En effet, à par- tir d’une batterie 12 volts, il pourra alimenter n’importe quel petit appareil ménager conçu pour une tension de 220 volts. Ceux qui utilisent des panneaux solaires pour recharger des batteries de 12 volts, pourront convertir cette tension en une tension alternative de 220 volts, qu’ils pourront ensuite utiliser pour alimenter un éclairage, un téléviseur ou encore un émetteur de moyenne puissance. Alimenté avec une tension continue de 12 volts fournie par une batterie, ce convertisseur nous permettra de prélever sur sa sortie une tension alternative de 220 volts 50 hertz. Cette tension pourra être utilisée pour alimenter un ordinateur, un téléviseur ou n’importe quel appareil électrique dont la puissance ne sera pas supérieure à 160 watts. on s’aperçoit immédiatement que la demi-onde positive est séparée de la demi-onde négative et vice-versa, par une pause de 2,5 millisecondes. Comme la durée de la demi-onde posi- tive et celle de la demi-onde négative sont de 7,5 millisecondes, en addi- tionnant à celles-ci les temps de pause, on obtient un cycle complet tous les: 7,5 + 2,5 + 7,5 + 2,5 = 20 millisecondes. Ce qui correspond à une fréquence exacte de: (1 : 20) x 1 000 = 50 hertz. Le rendement de ce convertisseur tourne aux alentours des 80 %. De ce fait, si, sur sa sortie, nous relions une charge 60 watts, le convertisseur consommera 72 watts sur la batterie. Si la charge est de 100 watts, il consommera 120 watts et si nous relions une charge de 150 watts, il consommera 180 watts. Avec une consommation de 72 watts, le convertisseur demandera à la bat- terie : 72 : 12 = 6 ampères environ. Avec une consommation de 120 watts, le convertisseur consommera sur la batterie: 120 : 12 = 10 ampères environ. Avec une consommation de 180 watts, le convertisseur tirera de la batterie: 180 : 12 = 15 ampères environ. Il faut souligner, que plus la tension de la batterie baisse, plus la consomma- tion du convertisseur augmente pour obtenir en sortie une tension de 220 volts stabilisés. Si nous alimentons le convertisseur avec une batterie de 60 Ah et que nous consommons environ 6 ampères, la batterie sera déchargée au bout de 10 heures environ. Si, par contre, nous consommons 10 ampères, elle sera vide en 6 heures et, si la consommation passe à 15 ampères, elle sera vide au bout de 4 heures seulement. A L I M E N TAT I O N ELECTRONIQUE magazine - n° 18 21 un appareil qui, partant du secteur 220 volts, fournit une tension de rempla- cement équivalente durant les cou- pures de courant. Dans ce sens, notre convertisseur n’est pas un onduleur à part entière car il n’intègre pas les parties “batterie” et “chargeur de batterie”. D’un autre côté, il est beaucoup plus qu’un onduleur, car sa sortie est stabilisée en tension et en fréquence, ce qui n’est pas le cas de la majorité des onduleurs du com- merce! En fait, pour transformer notre conver- tisseur en onduleur de haute qualité, il suffit de lui adjoindre l’indispensable batterie et un chargeur idoine ! Entrons dans le vif du sujet A la sortie de ce convertisseur, on trouve une onde carrée de forme par- ticulière (voir figure 1) d’une fréquence de 50 Hz. Ceux qui pensent que cette forme d’onde n’est pas idéale pour ali- menter des circuits conçus pour une tension sinusoïdale, sont dans l’erreur et nous allons le démontrer! Une onde carrée de ce type peut tran- quillement être utilisée pour alimenter une radio, un ordinateur, un téléviseur, etc. Pourquoi? Simplement parce que, comme chacun sait, qu’elle que soit la forme de la tension alternative appli- quée au primaire d’un transformateur, elle sera récupérée sur son secondaire pour être convertie en une tension continue par des diodes ou un pont redresseur pour être ensuite filtrée et régulée avant utilisation dans les dif- férents circuits ! Pour preuve, si vous avez la possibilité de contrôler un onduleur du commerce, vendu pour alimenter les ordinateurs, vous noterez, lorsque le secteur vient à manquer, que celui-ci génère une onde carrée qui, de plus, n’est stabili- sée qu’en tension mais pas en fré- quence! De notre convertisseur par contre, sort une onde carrée, stabilisée aussi bien en tension, qu’en fréquence. Précisons que ce convertisseur peut également être utilisé pour alimenter un ventilateur ou un quelconque petit appareil domestique, pourvu qu’il ne consomme pas plus de 160 watts. En observant, sur la figure 1, la forme d’onde qui sort de ce convertisseur, 0 + Vmax 2,5 ms 2,5 ms 7,5 ms 7,5 ms 20 ms - Vmax CYCLE COMPLET Figure 1: La demi-onde positive est séparée de la demi-onde négative et vice-versa, par une pause de 2,5 millisecondes. Cette pause est indis- pensable pour permettre à chaque paire de MOSFET de s’ouvrir avant que la paire opposée ne se ferme. Sans cette pause, les quatre MOS- FET conduiraient simultanément durant quelques millisecondes et cela provoquerait un court-circuit. Figure 2 : Sur la photo de début d’article, vous pouvez voir le panneau avant du coffret du convertisseur. Sur cette photo, vous pouvez voir la partie arrière, où sont fixés, la prise de sortie 220 volts, les deux douilles d’entrée 12 volts et le porte-fusible. A L I M E N TAT I O N ELECTRONIQUE magazine - n° 18 22 Schéma électrique En regardant le schéma électrique de la figure 3, on peut noter que ce conver- tisseur est composé de deux étages distincts. Quant au second étage, qui utilise quatre MOSFET de puissance référen- cés 2SK2150 (voir MFT5 à MFT8), il est utilisé pour convertir la tension conti- nue fournie par le premier étage, en une tension alternative de 220 volts - 50 Hz. Le premier étage, formé par le circuit intégré UC3646 (voir IC1) et de quatre MOSFET de puissance référencés IRFP150 (voir MFT1 à MFT4), est uti- lisé pour obtenir une tension continue stabilisée de 294 volts. D G S D G S G S D G S D E B C D G S QA CK D QB R S D G S QA CK D QB R S D G S E B C D G S E B C E B C 8 4 5 2 7 6 15 14 13 12 16 11 3 9 16 13 4 12 8 10 11 16 11 10 12 8 6 1 2 3 6 8 7 1 2 3 6 8 7 S E M 1 V VERS V V V V 5 3 14 1 2 4 6 9 11 10 13 12 7 8 7 8 4 5 6 1 3 2 TR1 IC1 MFT1 MFT2 MFT3 MFT4 MFT5 MFT6 MFT7 MFT8 TR2 TR3 TR4 IC2 IC3 IC8 IC5 IC6 IC4-A IC4-B IC7-A IC7-B R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R14 R13 R15 R16 R17 R18 R20 R19 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 R33 R34 R35 R36 R37 R38 R39 R40 R41 R42 C2 C1 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 Z1 C15 C16 C17 C18 C19 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 DL1 DS1 DS2 DS3 DS4 DS5 DS7 F1 DS9 DS10 DS11 DS12 DS13 DS14 DS15 DS16 DS17 XTAL T1 12 V 220 V / AC C20 DS6 DS8 S1 294 V Figure 3 : Schéma électrique du convertisseur 12 Vcc / 220 Vac. A L I M E N TAT I O N ELECTRONIQUE magazine - n° 18 23 A première vue, le schéma peut sem- bler complexe et peu compréhensible, mais si vous suivez notre description, vous uploads/Geographie/ convertisseur-12v-cc-vers-220vac-160-w.pdf