Du 220 Volts avec une batterie de 12 Volts …

Il y a quelques temps de cela je m’étais focalisé sur la fabrication d’alimentations continues de laboratoire : à partir du 220 Volts alternatif abaisser la tension, la transformer en courant continu d’une dizaine de volts pour alimenter toutes mes bidouilles électroniques. Aujourd’hui je vais faire l’inverse : à partir de la tension continue d’une batterie de 12 Volts, je vais générer du 220 volts alternatif, si possible en 50 Hertz. Vous allez me dire : pourquoi faire ? ça c’est une bonne question … Alors on va dire que c’est d’abord pour expérimenter moi-même, connaître, comprendre les problèmes techniques associés et travailler de mes mains parce que ça me repose le cerveau !!! Et il est vrai que je n’ai pas besoin à priori de ce type d’appareil. Je n’habite pas en plein désert, EDF me délivre du 220 sans coupure alors … Mais, on ne sait jamais … (j’ai un relent de “survivalisme” parfois !). Du coup je vais réaliser le montage le moins cher possible … (sachant qu’on trouve dans le commerce des convertisseurs tout prêts, mais souvent assez chers …)

Le principe de fonctionnement est assez simple : on va hacher le 12 volts continu issu d’une batterie de voiture, pour le transformer en courant alternatif de façon à l’injecter dans un transformateur élévateur de tension. (le dit transformateur est un transfo 220/12 volts, utilisé “à l’envers”). Tout bêtement. Je rappelle le principe du transformateur : Le transformateur est constitué de deux enroulements et d’un circuit magnétique, le transfert de puissance est réalisé par induction magnétique.

Parfois abrégé en « transfo » c’ est une appareil comportant deux bobines enroulées autour d’un noyau de fer doux permettant de modifier les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative, en un système de tension et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme. Il effectue cette transformation avec un excellent rendement. Le rapport du nombre de spires secondaires N 2 sur le nombre de spires primaires N 1 est égal au rapport des tensions aux bornes de chaque bobinage et détermine ce qu’on appelle le rapport de transformation du transformateur, noté m .
Ce qui peut se traduire par l’équation m = N 2 / N 1 = U2 / U1

Mais je ne vais pas entrer dans le détail des explications en reprenant mes cours d’électricité hein … On va faire simple. Concrètement j’ai pris un transfo 220 volts / 2 fois 12 volts qui traînait dans mes cartons.

Transfo_exemples_1

Pour hacher le courant j’ai choisit d’utiliser des transistors MOS FET IRF 3205 (qui se comportent en gros comme de vulgaires interrupteurs) mais je vais les activer très vite afin qu’ils s’ouvrent ou se ferment à peu près à une vitesse de 50 fois par seconde (50 Hertz). Pour assurer la commande je ne vais pas créer un signal sinusoïdal car ce n’est pas facile à générer à faible coût. Je vais me contenter d’un signal carré et cela ira très bien pour connecter des ampoules électriques …

Pour cela je vais utiliser un circuit intégré spécialisé IR 2153 qui va alternativement, chacun son tour, commuter ces 2 transistors (j’aurais pu faire plus simple avec un 555 mais dans ce cas je n’aurais pas eu un pilotage sans recouvrement, des 2 MOSFETs alors que le 2153 a été conçu pour ça) .

IMG_1254

Avec le faible signal carré issu du IR2153 les transistors réagissent en injectant alternativement dans les bobinages 12 volts du transformateur un  courant  de plusieurs Ampères, haché à 50 Hertz et de tension 12 volts prélevé sur la batterie de voiture. Sur le bobinage 220 volts du transformateur on récupère un signal de même fréquence mais élevé à la tension 220 volts. Attention avec le 220 Volts on ne rigole plus…

Le schéma de mon circuit est le suivant :

inverter-using-IR2153-8

Liste des composants :
  • 2 * MOS FET IRF3205 achetés par 10 pour 1,34 Euros chez AliExpress … (on peut en mettre 4, 2 fois 2 en parallèle pour avoir plus de puissance)
  • 1 * IR2153 achetés par 5 pour 2 Euros chez AliExpress
  • 1 * Batterie de voiture

Fond de tiroirs donc gratos :

  • plaque aluminium ( pour refroidir les MOSFET)
  • 1 * Transformateur 12-0-12v à 220v, 3 ampères (récupération grenier)
  • 1 * potentiomètre 10k
  • 1 * 1N4007
  • 1 * Led
  • 3 * résistances de 1K Ohm
  • 2 * résistances de 22Ohm
  • 1 * résistance de  22k Ohm
  • 1 * condensateur 470uF/25V
  • 1 * condensateur 47uF/25v
  • 1 * condensateur 0.22uF
  • 1 * condensateur 0.01uF Ceramic

Voici mon prototype :

Conv1

J’allume une ampoule 220 volts sans problème :

Conv2

ça pulse ! Et voila le travail pour moins de 10 euros !!!

Pour les curieux qui souhaiteraient bobiner leur propre transformateur voici une vidéo intéressante.

Bon c’est pas tout ça mais il n’est pas très puissant ce convertisseur … J’ai donc réfléchis à quelque chose de plus “couillu” et j’ai donc  griffonné le schéma résultant… Tout d’abord l’étage oscillateur; c’est un double oscillateur qui va délivrer un double signal pulsé; un 555 qui oscille à 200 Hz et un IR2513 qui balance ce signal à une fréquence de 50 Hz un coup sur le fil du haut, un coup sur le fil du bas … Je viens d’avoir l’ idée astucieuse par le biais de 2 portes ET à transistors qui font la sommation des deux fréquences histoire d’avoir de quoi commander un étage de puissance qui délivrera ce signal dans une moitié de primaire de transformateur, un coup en haut un coup en bas …  Hé hé …  :

Commande3

Tout cela  va commander l’étage de puissance à base de transistors de récupération 2N 4347 comme ci-dessous; ça devrait “pulser” à donf !

Puissance

Bon je vais déjà tenter de mettre au point le circuit de commande, avec ses 2 oscillateurs. Voici quelques photos. Tout d’abord le montage sur plaquette pour tester et régler les valeurs de tensions, les capacités, les résistances et vérifier la validité du concept :

Commande 2

Après quelques ajustements de la tension à 9 volts précisément et après réglages des fréquences des oscillateurs, je parviens à générer un double signal alterné, sans recouvrement, bien que je ne parvienne pas encore à un rapport cyclique de 50/50 …Sur l’écran de mon oscilloscope je vois bien le signal de plusieurs centaines de Hertz généré par le 555 modulé par un signal carré à 50 Hz généré par l’IR2153 sur chacune de ses sorties, alternativement et en opposition de phase…

Commande1

Avec ça je devrais pouvoir commander mon étage de puissance. Cela me semble pas trop mal ! Mais il faut que j’ajuste encore mieux ce signal composite car, comme on l’a vu, un convertisseur doit générer à partir du 12 volts continu d’une batterie un courant alternatif similaire à ce que l’on trouve couramment sur une prise de courant domestique. Idéalement ce courant devrait avoir la forme d’onde suivante, c’est à dire une sinusoïde de fréquence 50 Hertz et de tension 220 volts crête à crête :

clip_image001

La sinusoïde fait varier graduellement le signal. Un tel signal n’a pas de transitions abruptes et est tout à fait recommandé pour l’alimentation de nos divers appareils à la maison comme la plupart des équipements électroniques, télévision, chaîne HiFi, réfrigérateurs, moteurs etc … A contrario dans un signal carré tel que généré par mon montage simple, les changements de tension sont brutaux et créent des perturbations, des parasites, des “harmoniques” tout à fait incompatibles pour nos équipements sophistiqués à la maison. Mon but est donc de modifier le signal carré de telle sorte que la forme de l’onde obtenue soit équivalente du point de vue puissance avec un signal sinusoïdal, en le dimensionnant de façon à ce que la valeur moyenne du signal corresponde à peu près à celle d’un signal sinusoïdal de même valeur moyenne.

clip_image002

Idéalement voilà ce qu’il faudrait obtenir en réglant judicieusement la modulation de mon système … Avec un espace bien dimensionné entre les pulsations des signaux carrés on devrait pouvoir arriver à mettre en forme l’onde résultante de telle sorte qu’elle se rapproche de ce que donnerait un pur signal sinusoïdal. Enfin, c’est le transformateur de sortie de par les caractéristiques inhérentes à son circuit d’induction magnétique qui transformera ce signal carré composite en un pseudo signa sinusoïdal. Enfin j’espère …  Donc je câble cette fois la version finale de mon double oscillateur.

Convertisseur1

Après moult tâtonnements je règle la fréquence du 555 à 100 Hz puis  le réglage de la fréquence de l’IR 2153 et la commande des bases des portes “ET” à transistors. Je parviens à obtenir un signal qui me convient à la sortie haute tension de mon transformateur :

oSCILLO

Cela n’est pas un signal sinusoïdal mais enfin on a bien l’équivalent d’un signal alternatif, à 50 Hz !!!

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A propos jeangaillat

Marié, 2 enfants, Charlotte et Alexis
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