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Dernière mise à jour : 30/04/2007
Projet
non terminé - Réalisation en l'état
déconseillée !!!
Caractéristiques principales
Tension d'entrée : 12 Vdc
Tension de sortie : 230 Vac
Puissance : 40W
Présentation
Le présent convertisseur de tension permet de fournir du 230V
alternatif grâce à un transformateur classique 230V / 12V,
à partir d'une tension continue de 12V.
Il existe des
convertisseurs de tension bien plus simples à réaliser,
mais ces derniers souffrent de quelques petits défauts
: rendement moindre et fréquence d'oscillation (normalement
50 Hz) pas
très stable selon la température ambiante et/ou selon la
consommation de la charge. Le schéma présenté ici
est plus compliqué que les schémas plus simples (oser
écrire des choses pareilles, je vous jure), mais la
fréquence est stable et le rendement pas trop mauvais. La forme
d'onde de la tension 230V en sortie du transformateur n'est pas
vraiment sinusoïdale, ce qui ne pose pas de problème pour
les petits objets auquel ce montage se destine, à savoir rasoir
électrique ou éclairage d'appoint. La puissance maximale
que l'on est en droit d'attendre de ce montage avoisine les 40W.
Avertissement - A lire
impératiement !
Je n'ai pas entièrement terminé ce projet. Les tests
déjà réalisés montrent que le
système fonctionne à vide, c'est à dire avec un
transformateur raccordé au montage, mais sans charge
côté 230V. Je ne peux donc pas dire pour le moment si le
montage fonctionne bien avec une charge de quelques dizaines de watts.
Je mets néanmoins le schéma à disposition, afin de
présenter le principe de fonctionnement de l'ensemble. Merci de
ne pas tenter sa réalisation tant que je n'en n'ai pas dit plus,
ou alors si vous le faites, merci de ne pas m'écrire pour raller
si ça ne fonctionne pas.
Le schéma
Dans le schéma qui suit, la partie du haut correspond à
la section oscillateur et la partie du bas correspond à la
section puissance.
Section oscillateur
La section oscillateur est composée de deux sous-ensembles : un
oscillateur de base produisant un signal périodique de
fréquence 200 Hz, et un bloc diviseur par quatre,
constitué de deux bascules D imposant chacune une division par
deux, pour fournir un signal de fréquence 50 Hz. Un NE555 est
utilisé pour l'oscillateur, et un CD4013 est utilisé pour
la division de fréquence. L'utilisation d'un diviseur aurait
pû être évité si l'oscillateur à NE555
était en mesure de produire directement un signal de 50 Hz avec
un rapport cyclique de 50 % exactement. Ce que le NE555 ne permet pas
de faire de façon très simple. L'utilisation d'une
fréquence plus élevée que l'on divise ensuite
demande un circuit intégré supplémentaire, mais
permet d'obtenir un rapport cyclique de 50 % sans aucune
difficulté et surtout sans besoin de réglage. Pourquoi
200 Hz divisé par 4 au lieu de 100 Hz divisé par 2 ? Bof,
on a déjà le CI CD4013 qui intègre deux bascules,
et faire fonctionner le NE555 à une fréquence de 200 Hz
permet une légère amélioration de la
stabilité en fréquence. Pas grand chose je vous
l'accorde. Mais comme ça ne coûte absolument rien de plus,
je préfère faire comme ça. Et pourquoi un rapport
cyclique de 50 % tout juste ? Parce que c'est mieux pour le
transformateur, un rapport cyclique différent de 50 % provoquant
une tension moyenne non nulle, ce que n'aime pas ce genre de composant.
Section puissance
La commutation de la tension continue provenant de la batterie 12V se
fait sous un courant qui est loin d'être négligeable. Si
l'on utilise un transformateur 12V / 230V, le rapport des courants, qui
est sensiblement égal au rapport des tensions, est voisin
de 20. Cela signifie qu'une ampoule de 40W connectée
côté enroulement 230V du transformateur, provoquera un
courant de l'ordre de 3,33 A côté enroulement 12V du
transformateur. Vous comprennez dès lors que des
transistors de type 2N2222 ou BC107 ne conviennent pas tout à
fait pour la commande du transformateur. C'est pourquoi cette partie
peut sembler un peu compliquée. On a besoin de transistors de
puissance, capables de couper et rétablir des courants
importants (de plusieurs ampères). Or, ces transistors
eux-même ont besoin de courants assez élevés pour
être commandés, et le courant fourni par les bascules D
est loin d'être suffisant. Solution : ajouter des transistors
"moyenne puissance" (2N1711) pour faire l'interface entre partie
"faible puissance"
(bascules D) et partie "forte puissance" (transistors TIPxxxx).
Là
aussi j'aurais pû simplifier un petit peu et supprimer deux
transistors 2N1711, mais je n'avais pas envie. Mais pas du tout envie.
Ne
cherchez pas, ça fait partie de mes défauts.
Les signaux aux points test
L'écran suivant montre l'allure et la phase des signaux que l'on
doit retrouver aux divers points marqués des lettres A à
D sur le schéma électronique.
En A, le signal d'origine issu du NE555, à 200 Hz. En B, le
signal divisé une fois par 2, ce qui donne donc 100 Hz. En C et
D, les deux signaux 50 Hz en opposition de phase qui vont être
amplifiés en courant pour l'attaque du transformateur.
Le prototype
Pour le prototype, j'ai utilisé des 2N2219 au lieu des 2N1711
(NPN), des BD303 à la place des TIP3055 (NPN) et des BD304
à la place des TIP2955 (PNP). Pourquoi ? Parce que j'en avais
plusieurs en stock et voulais voir ce que ça donnait. Les BD303
et BD304 sont moins costauds que les TIP3055 et TIP2955, mais il s'agit
tout de même de petites bêtes capable d'encaisser quelques
paires d'ampères sans broncher 8A au lieu de 15A pour les
autres).
Essai à 400 Hz
Suite à une discussion sur un forum technique, je me suis
décidé d'essayer le proto à une fréquence
de 400 Hz au lieu de 50 Hz, en remplaçant le condensateur C1 de
82n par un de 10n. La limitation de courant, fixée à 1,5A
(fonctionnement à vide) à fonctionnée tout de
suite. J'ai poussé la limitation à deux 2A, mais
ça limitait encore. Je n'ai donc pas insisté.
Le circuit imprimé
Le circuit imprimé comporte quelques straps il est vrai. Mais
savez-vous que les straps sont autorisés dans les
réalisations électroniques ? A l'école,
peut-être pas toujours parce que ça oblige à
faire certaines gymnastiques cérébrales, mais des fois,
les
straps sont plus conseillés que des détours de pistes
à n'en plus finir...
Pas dispo pour le moment !
Très important : il est
impératif de couvrir d'une bonne couche de sourdure, toutes les
pistes de cuivre qui sont larges et qui font partie de la section de
puissance. Et avant tout essai, il est impératif de
vérifier l'absence de court-circuit entre les diverses pistes du
circuit imprimé.
Essais
Préparation
1 - Insérer un fusible dans la ligne d'alimentation
positive de la batterie 12V, c'est
obligatoire.
Si vous ne le faites pas, les risques d'endommagement des composants du
circuit et/ou du transformateur en cas de problème ou simple
surconsommation côté charge, seront très grands.
Pour les premiers essais, utiliser un fusible de 630 mA ou
de 1 A.
2 - Dans l'immédiat, ne pas raccorder le transformateur sur
la sortie puissance.
3 - Connecter tête-bêche deux leds avec leur
résistance de limitation de courant, sur la sortie puissance
(là où le transformateur sera relié par la suite),
comme l'indique le schéma suivant.
schéma avec leds
Mise sous tension
Dès la mise sous tension du convertisseur, les deux leds
doivent s'allumer en scintillant légèrement,
indiquant
que le montage fonctionne correctement. Si au moins une led ne
s'allume pas, cela signifie qu'il y a un problème : les
transistors de sortie ne commutent pas, il y a un soucis au
niveau de l'oscillateur ou au niveau de l'étage de puissance. Si
le montage ne sent pas le chaud, et si vous pouvez toucher du doigt
tous les composants sans vous brûler (faites attention), laisser
le montage sous tension, et mesurer au voltmètre, calibre 20V
continu, la tension
présente sur la borne 3 du NE555. Si ce
dernier oscille, la tension lue doit être comprise entre 3V et 9V
environ. Si vous mesurez en borne 3 du NE555 une tension proche de 0V
ou proche de 12V, c'est qu'il n'oscille pas, et il faut vérifier
tout ce qu'il y a autour de ce CI. Si le NE555 oscille,
vérifier la tension sur la borne 1 de la première
bascule D (point noté B), et faites de même sur la borne
13 de la seconde
bascule D (point noté C). Pour ces deux derniers points de
mesure (aux points B et C), vous devez lire une tension de l'ordre
de 6V. Si tout est bon à ce stade, c'est que le problème
se situe au niveau de l'étage de puissance. Vous devez alors
mesurer la tension aux points C' et D', sur lesquels là aussi
une tension proche de 6V doit être relevée.