Convertisseur 12 V CC vers 220 V CA : principe, schémas testés et choix

Brancher un appareil 230 V sur une batterie de voiture, alimenter une lampe dans un abri de jardin, secourir un équipement pendant une coupure : tout cela passe par un convertisseur, aussi appelé onduleur, qui transforme le courant continu 12 V en courant alternatif 220-230 V. Ce guide explique comment fonctionne un convertisseur, détaille deux montages simples réalisables sur table d’essai, et vous aide à choisir un modèle du commerce adapté à vos appareils.

Courant continu, courant alternatif : ce que fait un convertisseur

Une batterie délivre un courant continu : la tension reste fixe, autour de 12 V à 12,8 V pour une batterie au plomb ou lithium chargée. Le réseau domestique délivre un courant alternatif : la tension change de sens 50 fois par seconde (50 Hz) et atteint 230 V efficaces en France. Le terme « 220 V » est resté dans le langage courant, mais la norme est 230 V depuis le milieu des années 1990.

Un convertisseur réalise donc deux opérations :

• découper le courant continu pour créer un signal qui alterne 50 fois par seconde ;
• élever la tension de 12 V à environ 230 V, le plus souvent grâce à un transformateur.

Onde sinusoïdale pure ou onde modifiée : la différence qui compte

Tous les convertisseurs ne produisent pas le même signal, et c’est le premier critère de choix.

• Onde carrée : le signal passe brutalement de +12 V à −12 V avant d’être élevé. C’est le résultat des montages simples décrits plus bas. Il convient aux lampes à incandescence et aux résistances chauffantes, mais il fait chauffer et bourdonner les moteurs et peut endommager l’électronique.
• Onde « quasi sinusoïdale » ou modifiée : un signal en escalier qui se rapproche de la sinusoïde. Moins cher, il suffit pour la plupart des chargeurs, outils et petits appareils, avec parfois un léger bourdonnement.
• Onde sinusoïdale pure : le signal reproduit celui du réseau. Il est indispensable pour les appareils à moteur ou à électronique sensible : pompes, réfrigérateurs, matériel médical, appareils audio et cartes électroniques de régulation.

Montage 1 : convertisseur à multivibrateur et MOSFET

Le principe

Ce montage est le plus simple pour comprendre le fonctionnement d’un onduleur. Il se compose de trois étages :

1. Un oscillateur : un multivibrateur astable à deux transistors génère deux signaux carrés opposés à 50 Hz.
2. Un étage de puissance : deux MOSFET, commandés par ces signaux, commutent tour à tour le courant de la batterie.
3. Un transformateur à point milieu : son point milieu est relié au +12 V, et chaque moitié de l’enroulement primaire est mise à la masse alternativement par un MOSFET. Le courant change ainsi de sens dans le primaire, et le secondaire restitue une tension alternative élevée.

Composants indicatifs

• batterie 12 V et fusible adapté côté batterie (indispensable) ;
• 2 transistors petits signaux NPN (type 2N2222 ou BC547) pour l’oscillateur ;
• 2 condensateurs identiques (de l’ordre de 2,2 µF) et 4 résistances : deux résistances de collecteur (environ 680 Ω) et deux résistances de base, qui fixent la fréquence ;
• 2 MOSFET canal N adaptés au 12 V et au courant visé (type IRFZ44N), montés sur dissipateur ;
• 1 transformateur 12-0-12 V / 230 V, dimensionné pour la puissance recherchée.

Régler la fréquence

Pour un multivibrateur astable symétrique, la fréquence vaut approximativement f = 1 / (1,38 × R × C), R étant la résistance de base et C le condensateur de chaque branche. Avec C = 2,2 µF, une résistance d’environ 6,8 kΩ donne une fréquence proche de 50 Hz (1 / (1,38 × 6 800 × 0,0000022) ≈ 48 Hz). Remplacer une des résistances par un potentiomètre permet d’ajuster finement.

Ce qu’il faut en attendre

Ce montage produit une onde carrée. Avec un petit transformateur, il alimente une lampe de quelques dizaines de watts. Pour monter en puissance, on met plusieurs MOSFET en parallèle et on choisit un transformateur plus gros, mais le rendement reste modeste et la chauffe importante.

Montage 2 : convertisseur à NE555 et transistors complémentaires

Le principe

Ici, l’oscillateur est un circuit intégré NE555 câblé en multivibrateur astable. Sa sortie commande une paire de transistors de puissance complémentaires, un NPN (TIP41) et un PNP (TIP42), montés en push-pull. Deux diodes 1N4007 polarisent les bases pour limiter la distorsion au passage d’un transistor à l’autre. Un gros condensateur électrolytique (2 200 µF) en sortie bloque la composante continue avant le transformateur 12 V / 230 V.

Calculer les composants du NE555

Pour un NE555 en mode astable :

• fréquence : f = 1,44 / ((R1 + 2 × R2) × C) ;
• rapport cyclique : D = (R1 + R2) / (R1 + 2 × R2).

Avec C = 0,1 µF et R1 = 10 kΩ, une fréquence de 50 Hz demande R2 ≈ 139 kΩ. Le rapport cyclique obtenu est d’environ 52 %. Un potentiomètre de 150 kΩ à la place de R2 permet de caler la fréquence. Un condensateur de 10 nF entre la broche 5 et la masse stabilise le circuit.

Composants indicatifs

• NE555, condensateur de 0,1 µF, résistance de 10 kΩ, potentiomètre de 150 kΩ ;
• TIP41 (NPN) et TIP42 (PNP) sur dissipateur, avec résistances de base de faible valeur (environ 10 Ω) ;
• 2 diodes 1N4007 ;
• condensateur électrolytique de 2 200 µF ;
• transformateur 12 V / 230 V.

Ses limites

Le NE555 ne donne jamais un rapport cyclique parfaitement à 50 %, les transistors bipolaires dissipent beaucoup d’énergie et le signal reste carré. Le circuit CD4047, qui fournit directement deux sorties opposées, est souvent préféré pour ce type de montage.

Sécurité : à lire avant de souder

Le côté batterie paraît inoffensif, mais la sortie d’un convertisseur délivre une tension mortelle, au même titre qu’une prise murale.

• Ne touchez jamais le secondaire du transformateur ni les bornes de sortie quand le montage est sous tension, et testez avec une lampe plutôt qu’avec les doigts.
• Placez un fusible au plus près de la batterie : une batterie de voiture peut débiter plusieurs centaines d’ampères en court-circuit et faire fondre un câble.
• Utilisez des câbles de section suffisante. 100 W en sortie représentent environ 10 A côté 12 V, pertes comprises.
• Ne reliez jamais un convertisseur au tableau électrique de la maison. Un retour de tension sur le réseau met en danger les techniciens et les occupants. L’alimentation de secours d’un logement passe par un inverseur de source posé par un électricien.
• Les montages de ce guide servent à comprendre et à expérimenter. Pour un usage régulier, un convertisseur du commerce, protégé contre les surcharges, les courts-circuits et la décharge profonde de la batterie, reste le bon choix.

Bien choisir un convertisseur 12 V / 230 V du commerce

1. Le type d’onde

Prenez une onde sinusoïdale pure dès que l’appareil comporte un moteur ou une électronique de commande. L’onde modifiée suffit pour un éclairage ou un chargeur simple.

2. La puissance

Additionnez la puissance des appareils utilisés en même temps et ajoutez une marge de 20 à 30 %. Vérifiez aussi la puissance de crête : un moteur ou un compresseur de réfrigérateur consomme au démarrage deux à trois fois sa puissance nominale.

3. La batterie

La consommation côté batterie se calcule ainsi : intensité (A) ≈ puissance (W) / (12 × rendement). Pour 300 W avec un rendement de 90 %, comptez environ 28 A. Une batterie au plomb de 100 Ah, déchargée à 50 % pour la préserver, tiendra donc un peu moins de deux heures.

4. Les protections

Recherchez au minimum : coupure en cas de surcharge, de surchauffe et de court-circuit, alarme et coupure en cas de batterie faible, ventilation thermostatée.

Et pour une chaudière en cas de coupure de courant ?

C’est une question fréquente chez nos clients. Une chaudière moderne, au gaz ou au fioul, ne fonctionne pas sans électricité : sa carte électronique, son ventilateur et son circulateur ont besoin du 230 V. Pendant une coupure, le chauffage s’arrête.

Il est possible de la secourir avec un onduleur, à condition de respecter trois règles :

• utiliser un appareil à onde sinusoïdale pure, sinon la carte électronique peut se mettre en défaut ou être endommagée ;
• respecter la polarité phase/neutre attendue par la chaudière, car certaines refusent de démarrer si elle est inversée ;
• faire réaliser le raccordement par un professionnel, sur un circuit dédié, jamais par une rallonge improvisée.

Il existe des onduleurs conçus pour les chaudières, avec batterie intégrée et basculement automatique. Nos chauffagistes peuvent vous conseiller lors de l’entretien de votre chaudière ou d’un dépannage : appelez le 01 85 15 71 54.

Questions fréquentes

Peut-on fabriquer un convertisseur 12 V / 220 V soi-même ?

Oui, pour de petites puissances et dans un but d’apprentissage. Les deux montages décrits plus haut fonctionnent, mais ils produisent une onde carrée et ne disposent d’aucune protection. Pour alimenter des appareils de façon durable, un modèle du commerce est plus sûr et plus efficace.

Quel transformateur utiliser ?

Un transformateur 230 V / 12-0-12 V (montage à MOSFET) ou 230 V / 12 V (montage push-pull), utilisé à l’envers : on injecte le signal côté basse tension et l’on récupère le 230 V côté haute tension. Sa puissance doit être supérieure à celle de la charge.

Pourquoi mon convertisseur bourdonne-t-il ?

Le bourdonnement vient généralement d’une onde carrée ou modifiée qui alimente un appareil inductif : moteur, transformateur, ballast. Un convertisseur à onde sinusoïdale pure supprime ce phénomène.

Combien de temps un convertisseur peut-il fonctionner sur une batterie de voiture ?

Moteur arrêté, une batterie de démarrage n’est pas faite pour les décharges profondes. Pour un usage prolongé, utilisez une batterie à décharge lente (AGM, gel ou lithium) et calculez l’autonomie avec la formule donnée plus haut.