Convertisseur 12 V CC à 220 V CA [Circuit testé]

Les onduleurs sont souvent nécessaires aux endroits où il n’est pas possible d’obtenir une alimentation CA par le secteur. Un circuit onduleur est utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif. Les onduleurs peuvent être de deux types: des onduleurs à onde sinusoïdale vraie / pure et des onduleurs quasi ou modifiés. Ces onduleurs à onde sinusoïdale vraie / pure sont coûteux, tandis que les onduleurs modifiés ou quasi sont peu coûteux.

Ces onduleurs modifiés produisent une onde carrée et ne sont pas utilisés pour alimenter des équipements électroniques délicats. Ici, un simple circuit onduleur commandé en tension utilisant des transistors de puissance comme dispositifs de commutation est construit, qui convertit le signal 12 V CC en 220 V CA monophasé.

Principe derrière ce circuit

L’idée de base derrière chaque circuit onduleur est de produire des oscillations en utilisant le courant continu donné et d’appliquer ces oscillations à travers le primaire du transformateur en amplifiant le courant. Cette tension primaire est ensuite augmentée jusqu’à une tension plus élevée en fonction du nombre de tours dans les bobines primaire et secondaire.

Circuit onduleur utilisant des transistors

Un convertisseur 220v 12v peut également être conçu à l’aide de simples transistors. Il peut être utilisé pour alimenter des lampes jusqu’à 35 W, mais peut être conçu pour entraîner des charges plus puissantes en ajoutant plus de MOSFETS.

L’onduleur mis en œuvre dans ce circuit est un onduleur à onde carrée et fonctionne avec des appareils qui ne nécessitent pas de courant alternatif à onde sinusoïdale pure.

Schéma

Composants requis

• Batterie 12v
• MOSFET IRF 630 -2
• Transistors 2N2222
• Condensateurs 2.2 uf-2
• Résistance
  • 680 ohms-2
  • 12k-2
• Transformateur élévateur à prise centrale 12V-220V

Travail

Le circuit peut être divisé en trois parties: oscillateur, amplificateur et transformateur. Un oscillateur de 50 Hz est requis car la fréquence de l’alimentation CA est de 50 Hz.

Ceci peut être réalisé en construisant un multivibrateur Astable qui produit une onde carrée à 50 Hz. Dans le circuit, R1, R2, R3, R4, C1, C2, T2 et T3 forment l’oscillateur.

Chaque transistor produit des ondes carrées inverseuses. Les valeurs de R1, R2 et C1 (R4, R3 et C2 sont identiques) décideront de la fréquence. La formule de la fréquence de l’onde carrée générée par le multivibrateur astable est

F = 1 / (1,38 * R2 * C1)

Les signaux inverseurs de l’oscillateur sont amplifiés par les MOSFETS de puissance T1 et T4. Ces signaux amplifiés sont transmis au transformateur élévateur avec sa prise centrale connectée à 12V DC.

Le rapport de rotation du transformateur doit être de 1:19 pour convertir 12V en 220V. Le transformateur combine les deux signaux inverseurs pour générer une sortie d’onde carrée alternative de 220V.

En utilisant une batterie 24V , des charges jusqu’à 85W peuvent être alimentées , mais la conception est inefficace. Afin d’augmenter la capacité de l’onduleur, le nombre de MOSFETS doit être augmenté.

Circuit de convertisseur 12v DC à 220v AC utilisant le multivibrateur Astable

Les circuits onduleurs peuvent utiliser des thyristors comme dispositifs de commutation ou des transistors. Normalement, pour les applications de faible et moyenne puissance, des transistors de puissance sont utilisés. La raison de l’utilisation des transistors de puissance est qu’ils ont une impédance de sortie très faible, ce qui permet au courant maximum de circuler à la sortie.

L’une des applications importantes d’un transistor est la commutation. Pour cette application, le transistor est polarisé dans la région de saturation et de coupure.

Lorsque le transistor est polarisé dans la région de saturation, les jonctions de collecteur émetteur et de base de collecteur sont polarisées en direct. Ici, la tension de l’émetteur du collecteur est minimale et le courant du collecteur est maximal.

Un autre aspect important de ce circuit est l’oscillateur. Une utilisation importante du 555 Timer IC est son utilisation en tant que multivibrateur astable.

Un multivibrateur astable produit un signal de sortie qui bascule entre les deux états et peut donc être utilisé comme oscillateur. La fréquence d’oscillation est déterminée par les valeurs du condensateur et des résistances.

 Schéma

Composants du circuit

• V1 = 12 V
• R1 = 10 K
• R2 = 150 K
• R3 = 10 Ohms
• R4 = 10 Ohms
• Q1 = TIP41
• Q2 = TIP42
• D1 = D2 = 1N4007
• C3 = 2200 uF
• T1 = transformateur élévateur 12V / 220V

Explication de la conception du circuit

Conception de l’oscillateur: un multivibrateur astable peut être utilisé comme oscillateur. Ici, un multivibrateur astable utilisant une minuterie 555 est conçu. On le sait, la fréquence des oscillations pour une minuterie 555 en mode astable est donnée par:

f = 1,44 / (R1 + 2 * R2) * C

où R1 est la résistance entre la broche de décharge et Vcc, R2 est la résistance entre la broche de décharge et la broche de seuil et C est la capacité entre la broche de seuil et la masse. Le rapport cyclique du signal de sortie est également donné par:

D = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2)

Puisque notre exigence est f = 50Hz et D = 50% et en supposant que C est 0,1uF, nous pouvons calculer les valeurs de R1 et R2 pour être respectivement de 10K et 140K Ohms. Ici, nous préférons utiliser un potentiomètre 150K pour affiner le signal de sortie.

Un condensateur céramique de 0,01 uF est également utilisé entre la broche de commande et la masse.

Conception de circuits de commutation: Notre objectif principal est de développer un signal CA de 220V. Cela nécessite l’utilisation de transistors haute puissance pour permettre le flux d’une quantité maximale de courant vers la charge. Pour cette raison, nous utilisons un transistor de puissance TIP41 avec un courant de collecteur maximal de 6A, où le courant de base est donné par le courant de collecteur divisé par le gain de courant continu. Cela donne un courant de polarisation d’environ 0,4A * 10, soit 4A. Cependant comme ce courant est supérieur au courant de base maximum du transistor, on préfère une valeur inférieure au courant de base maximum. Supposons que le courant de polarisation soit 1A. La résistance de polarisation est alors donnée par

R _b = (V _cc – V _{BE (ON)} ) / I _polarisation

Pour chaque transistor, le V _{BE (ON)} est d’environ 2V. Ainsi, R _b pour chacun est calculé comme étant de 10 Ohms. Étant donné que les diodes sont utilisées pour la polarisation, la chute de tension directe aux bornes des diodes doit être égale aux chutes de tension directe à travers les transistors. Pour cette raison, les diodes 1N4007 sont utilisées.

Les considérations de conception pour les transistors PNP et NPN sont les mêmes. Nous utilisons un transistor de puissance PNP TIP42.

Conception de la charge de sortie:  Étant donné que la sortie du circuit de commutation est une sortie modulée en largeur d’impulsion, elle peut contenir des fréquences harmoniques autres que la fréquence alternative fondamentale. Pour cette raison, un condensateur électrolytique doit être utilisé pour ne laisser passer que la fréquence fondamentale. Ici, nous utilisons un condensateur électrolyte de 2200 uF, suffisamment grand pour filtrer les harmoniques. Puisqu’il est nécessaire d’obtenir une sortie 220V, il est préférable d’utiliser un transformateur élévateur. Ici, un transformateur élévateur 12V / 220V est utilisé.

Fonctionnement du circuit de convertisseur de 12 V CC à 220 V CA

• Lorsque cet appareil est alimenté à l’aide de la batterie 12 V, la minuterie 555 connectée en mode astable produit un signal carré d’une fréquence de 50 Hz.
• Lorsque la sortie est au niveau logique haut, la diode D2 passera et le courant passera à travers la diode D1, R3 jusqu’à la base du transistor Q1.
• Ainsi, le transistor Q1 sera commuté. Lorsque la sortie est au niveau logique bas, la diode D1 sera conductrice et le courant circulera via et D1 et R4 vers la base de Q2, provoquant son allumage.
• Cela permet à la tension continue d’être produite à travers le primaire du transformateur à intervalles alternés. Le condensateur garantit que la fréquence du signal est à la fréquence fondamentale requise.
• Ce signal de 12 V CA à travers le primaire du transformateur est ensuite augmenté au signal de 220 V CA à travers le secondaire du transformateur.

Applications du circuit de convertisseur de courant alternatif de 12 V CC à 220 V

1. Ce circuit peut être utilisé dans les voitures et autres véhicules pour charger de petites batteries.
2. Ce circuit peut être utilisé pour piloter des moteurs à courant alternatif de faible puissance
3. Il peut être utilisé dans le système d’énergie solaire.

Limites

1. Puisque la minuterie 555 est utilisée, la sortie peut légèrement varier autour du cycle de service requis de 50%, c’est-à-dire qu’un signal de cycle de service exact de 50% est difficile à obtenir.
2. L’utilisation de transistors réduit l’efficacité du circuit.
3. L’utilisation de transistors de commutation peut provoquer une distorsion croisée du signal de sortie. Cependant, cette limitation a été réduite dans une certaine mesure par l’utilisation de diodes de polarisation.

Noter

Au lieu d’une minuterie 555, on peut utiliser n’importe quel multivibrateur astable. Par exemple, ces circuits peuvent également être construits à l’aide d’un multivibrateur astable 4047, dont le courant de sortie est amplifié et appliqué au transformateur.