Electronique > Réalisations > Alimentations > Convertisseur de tension 007
Dernière mise à jour : 26/02/2017Caractéristiques principales
Tension d'entrée : +12 VdcTension de sortie : 230 Vac
Puissance : 40 W
Présentation
Même philosophie que le montage convertisseur de tension 001, mais un poil plus simple.
L'oscillateur à NE555 suivi de sa bascule D présents dans le convertisseur de tension 001 ont fait place à un petit composant programmable de type PIC 12F675, qui est ici sous-employé car ne jouant que le rôle d'un simple oscillateur. Mais un oscillateur de fréquence assez stable et avec deux sorties complémentées (en opposition de polarité).
Avertissement
Ce montage délivre une tension secteur de 230 V, aussi dangeureuse que la tension délivrée par vos prises maison. Donc...Si vous n'êtes pas tout à fait sûr de vous, merci de ne pas entamer cette réalisation.
Schéma 007
Un PIC à huit pattes, un transfo d'alim branché
à l'envers, et un petit régulateur de tension +5 V pour le
PIC.
Oscillateur de référence
L'oscillateur chargé de produire la fréquence de 50 Hz est constitué du PIC 12F675, dont deux broches d'entrée / sortie - configurées en sorties - sont ici exploitées. On dispose ainsi sur les deux pattes 6 et 7 de ce circuit, de deux signaux rectangulaires périodiques de fréquence 50 Hz et en opposition de phase (quand Ph1 est à l'état haut, Ph2 est à l'état bas, et inversement). Pour fonctionner, ce petit morceau d'électronique à 8 broches se contente d'une tension de +5 V, que fournit sans sourcillier le petit régulateur de tension 78L05 (version limitée à 100 mA de son grand frère LM7805). Il est possible d'utiliser un quartz externe pour une précision plus grande mais ce n'est pas indispensable. Voici tout de même pour ceux qui le désirent l'adaptation à apporter pour usage du quartz externe (rien ne change au niveau de la régulation alim +5 V).
Le fichier compilé (*.hex) qui doit être utilisé pour le PIC dépend de la présence du quartz :
- pour usage avec oscillateur interne (sans quartz externe), utiliser le fichier compilé "electronique_conv_tension_007_12f675_osc_int.hex"
- pour usage avec quartz externe 4 MHz, utiliser le fichier compilé "electronique_conv_tension_007_12f675_osc_ext.hex"
Les deux fichiers sont proposés dans l'archive zip au chapitre Code source, un peu plus loin.
Commutation de puissance
Les transistors de puissance Q1 et Q2, darlingtons de type BU806 (ou MJ3001), sont chargés de commuter la masse alternativement sur les deux extrêmités AC3 et AC5 de l'enroulement "secondaire" du transformateur TR1. Enroulement appelé "secondaire" du fait qu'on utilise ici un transformateur d'alimentation secteur dont le primaire est censé recevoir une tension alternative de 230 V, et qui est censé délivrer sur son secondaire une tension alternative de deux foix 9 V. Le point milieu de l'enroulement "secondaire" AC4 est relié en permanence au +12 V. Les diodes zener D1 et D2 de 33V ne sont pas obligatoires avec les BU806, ces derniers intégrant déjà des diodes de protection pour limiter toute surtension dangeureuse entre émetteur et collecteur. Je les avais prévues au début en association avec deux transistors montés en darlington au lieu des BU806 (couple 2N2222 + 2N3055).Choix du transformateur
Il s'agit d'un modèle classique, modèle 230 V / 2 x 9 V / 40 VA ou 50 VA. Le primaire 230 V est ici utilisé en secondaire, c'est lui qui produit la tension de 230 V, qu'on aimerait bien alternative mais qui ne l'est point. La simplicité du montage fait que l'on attaque l'enroulement 2 x 9 V avec des signaux carrés, et cette forme carrée ne transpire pas en sortie car le transformateur est un composant complexe mathématiquement parlant. Le résultat est un signal dont la forme varie en fonction de la charge qu'on y connecte. Pour une ampoule à filament, pas de soucis, ça fonctionne bien. Pour un rasoir, ça peut aller s'il s'agit d'un moteur 230 V et non d'un moteur basse tension alimenté par une batterie ou par un adaptateur secteur à découpage. Ne comptez pas alimenter un ordinateur portable, son alimentation secteur à découpage n'aimerait pas vraiment (de toute façon ce serait trop juste côté puissance requise). En sortie, une petite varistance 250 V (il s'agit de tension efficace) qui ecrête toute tension dont l'amplitude dépasse 320 V environ.Schéma 007b
Petite évolution du logiciel qui permet d'appliquer un léger temps de retard entre le passage à l'état logique bas d'une sortie (Ph1 ou Ph2) et le passage à l'état logique de la sortie opposée (Ph2 ou Ph1). Le temps mort (temps pendant lequel aucun des deux transistors n'est commandé) peut aller de 7 us à 115 us.
Avec cette version logicielle, vous pourrez expérimenter avec des transistors plus lents à la coupure, et voir (à l'oscilloscope) ce qui se passe côté primaire du transformateur.
Configuration du temps mort (DT0 = GP2 et DT1 = GP3) :
- DT1=0 et DT0=0 -> Temps mort = 7 us
- DT1=0 et DT0=1 -> Temps mort = 20 us
- DT1=1 et DT0=0 -> Temps mort = 100 us
- DT1=1 et DT0=1 -> Temps mort = 115 us
Alimentation
Source 12 V provenant d'une batterie de voiture par exemple. Pour une puissance de 40 W en sortie 230 V et en oubliant momentanément les pertes du transfo, on peut estimer que le courant efficace drainé côté "primaire" (basse tension) peut atteindreI = 40 / 18 = 2,2 A (pour environ 0,17 A en sortie 230 V)
Attention ! Impérativement mettre un fusible de 2,5 A temporisé en série avec la source d'alimentation 12 V.
Prototypes
Deux prototypes réalisés :- un premier sur plaque prépercées à bandes (version 007 avec oscillateur interne)
- un second sur plaque sans soudure (version 007b avec quartz 4 MHz)
Prototype 1 (version 007 avec oscillateur interne)
Transfo à part. J'ai utilisé des BU807 à la place des BU806 (le BU807 est un peu moins costaud que le BU806). Non content de n'avoir pu retrouver mes BU806, je n'ai pas monté les diodes zener D1 et D2. Il faut toutefois avouer que les transistors BU806 et BU807 intègrent déjà des diodes de protection...
La fréquence de sortie relevée sur le prototype n'est pas pile de 50 Hz mais de 56 Hz, visiblement l'oscillateur interne 4 MHz ne tourne pas exactement à 4 MHz. Cela n'est pas bien grave dans le sens où la majorité des ampoules et rasoirs accèptent de fonctionner à 50 Hz ou 60 Hz. Mais pour un radioréveil numérique qui tire sa synchro 1 Hz (1 seconde) du secteur, ce n'est pas le pied. Pour ceux qui désirent une meilleur précision et stabilité de la fréquence de sortie, il faut utiliser la version avec quartze externe.
Prototype 2 (version 007b avec quartz externe 4 MHz)
Fréquence nettement plus proche de celle désirée, puisque valeur mesurée = 50.0 Hz.
Normal, le quartz est là pour ça... Vérification des valeurs de temps mort, ici 7 us (GP2 et GP3 à la masse).
Signaux prélevés sur les sorties GP0 et GP1 du PIC, base de temps oscillo réduite dans un rapport 1000 (5 us/div au lieu de 5 mV/div).
Tests transfos et ampoules
Le transfo testé est un modèle torique de 120 VA, largement plus gros que nécessaire (40 VA à 50 VA requis). Mais j'ai également fait des tests avec deux transfos de puissance plus modérée, un de 3 VA (photo du centre ci-après) et l'autre de 15 VA (photo de droite).
Le transfo 3 VA étant doté de deux enroulements secondaires de 12 V et non de 9 V, j'ai poussé la tension d'alim à 15 V pour obtenir mes 230 V. Les ampoules utilisées étaient de type à incandescence 40 W et 75 W et de type "faible consommation 20 W" (du genre qui met une minute à atteindre sa pleine luminosité). Avec le transfo 3 VA, aucune ampoule ne s'est allumée, ce qui est normal. La tension relevée en sortie transfo était de 235 V à vide et s'écroulait complètement quand je mettais une des ampoules. C'était juste pour le fun. Avec le transfo 15 VA, toutes les ampoules se sont allumées mais avec une luminosité affaiblie, surtout pour la 75 W (pas supposé fonctionner ici). La partie la plus comique des tests s'est révélée avec le transfo 15 VA et l'ampoule 75 W. J'utilisais mon alim de labo avec limitation de courant à 2,5 A pour éviter tout dégat facheux. Comme l'ampoule de 75 W ne s'allumait pas très fort, j'ai remonté la limitation de courant de l'alim à 4 A, histoire de voir. Je ne ne pensais plus à ce moment que le transfo n'aimerait pas trop. Et il n'a pas aimé du tout, quelques spires on fumé et se sont mise en court-circuit. Du coup, transfo à la poubelle. J'aime bien ce genre d'expérience car quand ça m'arrive à moi, ça rassure les autres.
Remarque : ne soyez pas inquiet si vous entendez le transfo bourdonner un peu quand on ne branche rien sur son enroulement 230 V, c'est normal.
Code source et fichier compilé
L'archive zip dont le lien suit contient le source complet (MikroPascal Pro V6.x) des trois versions proposées ici, ainsi que les fichiers binaires compilés (*.hex) correspondants. L'archive contient ainsi :- la version pour oscillateur interne 4 MHz (electronique_conv_tension_007_12f675_osc_int.hex)
- la version pour quartz externe 4 MHz (electronique_conv_tension_007_12f675_osc_ext.hex).
- la version pour quartz externe 4 MHz avec ajustage temps mort (electronique_conv_tension_007b_12f675_osc_ext.hex).
Convertisseur tension 007 - 12F675 - (version du 26/02/2017)
Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.
Circuit imprimé (version 007)
Réalisé pour des transistors de type BU806, en simple face et avec des pistes de cuivre de largeur généreuse.
Le circuit imprimé supporte tous les composants sauf le transformateur et la varistance, qui y sera directement raccordée.
Remarques
- Pour la masse, deux pistes bien séparées partent du connecteur J1 : une allant à l'émetteur des deux transistors Q1 et Q2 (large plan de cuivre), l'autre allant vers le microcontrôleur et le régulateur de tension. D'un point de vue continu, ces deux pistes sont électriquement raccordées, mais vous devez les laisser bien séparées, même en bas du circuit où la tentation pourrait être grande de les faire se rejoindre. Il est en effet plus prudent de laisser le PIC à l'écart des forts courants qui circulent dans l'enroulement du transformateur.- Ne pas hésiter à gaver les pistes de cuivre d'une couche de soudure bien épaisse, pour réduire leur résistance ohmique, là où les courants forts circulent.
Historique
26/02/2017- Ajout version 007b avec paramétrage (très sommaire) des temps morts.
30/01/2011
- Première mise à disposition