Fabrication professionnelle d'un onduleur 12V/230V 2000W

[Atelierdah]

Bonsoir.

Je voudrais poster la réalisation complète d'un onduleur ressemblant fortement à ceux du marché que j'ai réalisé dans la partie projet mais apparemment je n'y arrive pas. Un modérateur pourra certainement déplacer le sujet dans projet.

APERCU ET VIDEO

Je n'arrive pas ajouter des images. Je vous laisse le lien Youtube vidéo en fin de message ou je montre en détails comment la construction a été faite.

INTRODUCTION

Après avoir réalisé plusieurs prototypes miniatures d'onduleurs 12 V/220 V, Je me suis mis à la construction d'un modèle autonome intelligent permettant de générer non seulement du 220 V 2000 W en sortie mais également de détecter les anomalies comme les court-circuit ou les tensions anormales de batterie et donner l'ordre à l'onduleur d'effectuer l'arrêt, la mise en veille ou la régulation en courant ou tension pour corriger le problème.

Tout le projet a été réalisé sur des plaques de circuit imprimés.

MISE EN OEUVRE

L'onduleur est constitué de deux cœurs. Une partie commande constituée d'un microcontroleur qui gère les niveaux logiques de commande et une partie puissance qui s'occupe de convertir le 12 V de la batterie en 220 V.

Rassembler tout ça sur une seule et même carte a été peu efficace en ce qui concerne mes essais ou alors necessite un travail non négligeable au niveau du routage pour avoir le moins de problème avec les parasites électromagnétiques et les interférences.

Ayant voulu quelque chose de parfaitement fonctionnel, la partie commande est réalisée sur une plaque de circuit imprimé à part et la puissance sur une autre carte.

La carte de commande est assez simple et envoi ou recoit les signaux logiques vers la carte de puissance.

GESTION DE LA BATTERIE

La mesure de la tension de la batterie est réalisé avec le convertisseur analogique numérique du PIC18F2550, la tension de référence est celle de l'alimentation, la précision est suffisante pour l'application en question. Une meilleure précision aurait pu être faite en utilisant plutôt la référence interne du PIC. Une option à mettre à jour plus tard.

Le microcontrolleur gère la mise en veille du système en cas d'allumage et de non détection de tension de sortie(c'est à dire aucun appareil branché sur la sortie de londuleur). En faisant cela, ça réduit la consommation de la batterie et améliore l'autonomie.

Le circuit de l'onduleur est automatique coupé en cas d'une tension de batterie hors des limites normales. De même, ayant intégré un chargeur sur l'onduleur, la carte de commande détecte la fin de charge et stoppe l'onduleur automatiquement.

La sécurité de l'appareil est satisfaisante selon mes tests.

La CARTE DE PUISSANCE

La carte de puissance est constituée des relais de contrôle et de 12 MOSFET IRF1405 chacun ayant un courant de drain de 169 A et un Rdson proche de 6 mohm. La puissance dissipée est répartie en 6 parties pour les deux côté de branchement du transfo. Un circuit intégré CD4047 calibré à 33 Hz génère les signaux en inversion de phase attaquant les gates de chaque Mosfet.

Étant donné l'instabilité des MOS, une symétrie rigoureuse au niveau du routage à été nécessaire afin de limiter la mauvaise répartition des courants sur chaque gate de chaque Mosfet. Une résistance de 100 Ohm sur chaque porte à été ajoutée et le résultat est plutôt satisfaisant.

Le CHARGEUR

J'y ai intégré un chargeur autonome au sein de la carte de puissance. Lors du branchement du chargeur, le circuit entier est coupé et la batterie se charge avec une régulation en courant mise en place. Le courant de charge est limité à 5 A étant donné que je compte utiliser une batterie de 40 AH.

LE BOITIER

Enfin, pour un aspect professionnel, un boîtier ressemblant fortement à celui d'un ordinateur à été usiné à fin d'y accueillir tout les périphériques y compris Le ventilateur pour le refroidissement.

FINAL

Si cela intéresse assez de monde, je posterais volontiers les schémas ainsi que le programme du microcontroleur sans oublier les typons.

Et enfin voici le lien de l'onduleur en vidéo pour ceux que ça intéresse.

Lien youtube: https://youtu.be/tCgWO6uxh-U
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[gienas]

Bonsoir Atelierdah et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

... Je voudrais poster la réalisation complète d'un onduleur ressemblant fortement à ceux du marché que j'ai réalisé dans la partie projet mais apparemment je n'y arrive pas. Un modérateur pourra certainement déplacer le sujet dans projets ...

C’est normal que tu ne puisses poster dans les projets: c’est prévu pour n’y être déplacé que quand le projet est abouti. Il doit donc être développé ici même. Il y aura probablement des questions ou des commentaires de participants.

Le projet étant intéressant, il devrait avoir du succès.

À toi la main.

[Atelierdah]

Bonsoir.

Très bien c'est noté.

[Antoane]

Bonjour,

Joli project

N'hésite pas à publier ici tes schémas, typons, et code si tu veux qu'on les discute

La carte de puissance est constituée des relais de contrôle et de 12 MOSFET IRF1405 chacun ayant un courant de drain de 169 A et un Rdson proche de 6 mohm.

https://www.infineon.com/dgdl/Infine...5355db084a18bb
Ces 169 A sont possibles d'un point de vue thermique lorsque le boitier du composant est maintenu à 25 °C, ce qui n'est pas le cas en pratique puisque si le composant laisse passer du courant, alors il chauffe et n'est plus capable de laisser passer 169 A.
Par ailleurs, la note de bas de page (6) indique que cette limite n'est qu'une limite thermique... et qu'en fait le boitier/package du composant est limité à 75 A.
Sans radiateur, un TO220 peut dissiper environ 1 W, ce qui correspond à un courant proche de I = sqrt(P/Ron)~ sqrt(1/(2*0.0046)) ~ 10 A (le coefficient 2 venant du fait que la résistance du composant à tempéature max est ~double de celle à 25 °C).

Un circuit intégré CD4047 calibré à 33 Hz génère les signaux en inversion de phase attaquant les gates de chaque Mosfet.

Attention : le 4047 ne gère pas les dead-times / temps morts necessaires si on accélère un peu les commutations en diminuant la résistance de grille pour limiter les pertes par commutation.
Pourquoi 33 Hz ?
Avec un tel circuit, je ne vois pas comment on abouti à une onde sinus en sortie -- c'est plutôt du carré.

Étant donné l'instabilité des MOS, une symétrie rigoureuse au niveau du routage à été nécessaire afin de limiter la mauvaise répartition des courants sur chaque gate de chaque Mosfet. Une résistance de 100 Ohm sur chaque porte à été ajoutée et le résultat est plutôt satisfaisant.

Une bonne symmétrie des pistes de puissance (et dans une moindre mesure de celle des circuits de commande) est nécessaire pour l'équilibrage dynamique des courants, pendant les commutations. Cependant, avec Rg = 100 Ohm et Cin ~ 5 nF, les commutations sont très lentes et ce point n'est problement pas crituiqze
L'équilibrage statique se fait naturellement du fait du tempco positif de la Rdson.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Atelierdah]

Bonjour.

Vous avez noté des points intéressants.

Je publierais schéma complet et code demain pour qu'on en discute plus facilement.

[Vincent PETIT]

Bonjour,
Le projet semble intéressant ! Félicitations et merci pour le futur partage. Je pense qu'il y aura des interventions constructives.

[Gyrocompas]

Bonjour,
Idée pour occuper les longues soirée d'hiver.
Les circonstances actuelles font que je consulte le site d'un ukrainien qui diffuse des informations locales souvent intéressantes.
En prévision de coupures, et de devoir se déplacer, il utilise une alimentation autonome pour se raccorder sur le réseau à Musk, l'internet pouvant être également en mode pointillé.
4 panneaux solaires déployables (taille mallette) sont raccordés à l'onduleur qui fait également office de chargeur.
Je ne connais pas le fabricant, mais c'est compact, environ format d'une batterie 60A.
Elle est contenue dans le boîtier avec une poignée de transport.

Devrait intéresser les amateurs d'activités de plein air ainsi que les adeptes de la musculation les jours de pluie...

[Atelierdah]

Bonjour.

Merci pour votre retour.

Voici comme prévu les deux schémas de la réalisation. Le premier est la commande, je pense que ca devrait être assez lisible, en mettant une image de trop haute qualité, ca a du mal a charger l'image.

L'alimentation se fait simplement avec un LM317 pour avoir du 5 Volts régulé pour la partie logique, en réalité, avec les composants sur le schéma, on obtient a peu près 4.9 Volts. La tension de sortie du LM317 dépend de R1LM et R2LM avec la classique formule Vout = 1.25 * (1 + R2LM/R1LM). Une batterie de condensateurs autour permet de stabiliser la tension et limiter les variations indésirables.

Le microcontroleur PIC18F2550 est classique ici et gère l'ensemble des signaux. A la base, j'avais utilisé un AVR ATMEGA16 en utilisant Microchip Studio mais le dernier que j'avais sous la main ne marchait plus donc je suis passé par MikroC de Mikroelectronika avec un PIC18F2550 (Code disponible plus tard le temps de le mettre au propre)

Des Led sont présentes (LED_R et LED_V) pour témoigner de l'état de fonctionnement de l'onduleur.

Led verte qui clignote : Démarrage
Led verte allumé : Etat normal (Batterie et chargeur)
Led Rouge qui clignote: Anomalie de la tension de sortie
Led Rouge allumé : Batterie déchargée

R3 et R4 servent à mesurer la tension de la batterie grâce à l'ADC du PIC. La diode D2 n'est pas nécessaire.

On retrouve le bornier pour le LCD 2*16 ainsi qu'un bornier à 3 sortie pour le potentiomètre permettant de régler le contraste de l'écran.

Un bouton poussoir pour reseter l'ensemble en cas de défaut et un buzzer commandé par un transistor pour avoir un peu de mélodie.

Le schéma est très simple.



Le deuxième schéma concernant la production des 220 V et commence par un interrupteur (Switch) puis attaque les bornes d'un relais initialement en contact ouvert. Un cd4047 génère les pulses nécessaire et les sorties respectives 10 et 11 produisent des signaux carrés chacune inversé par rapport à l"autre et attaquent les mosfet. Les point 12V du transfo sont connectés sur les deux drains respectives des deux étages et le point milieur au 12V de la batterie.

Le chargeur contient un pont de diode suivant d'un circuit de régulation de charge. Il délivre environ 4 A pour une tension comprise entre 12.4V et 15V. Le pont de diode devrait être capable de délivrer pas moins de 4 A à 35 Volts. Le transistor 2N3055 devra être placé un dissipateur pour dissiper correctement la chaleur.

La valeur du courant sur la base du transistor Q17 est limitée ce qui permet d'éviter une charge de courant anormalement élevée.

La détection du branchement chargeur se fait par le Signal_Charge en utilisant un pont diviseur de tension. La tension analogique présente est interprété comme un niveau logique le PIC et active une interruption qui interrompt le circuit et s'occupe de la charge.

En réalité, l'aspect professionnel évoqué plus haut fait plutôt penser à la carcasse et à l'emballage et en pensant également à mettre à jour petit à petit pour le rendre plus fonctionnel. Il ne s'agit que d'une première version.

[Bitrode]

Bonjour,
C'est en tout cas très bien de proposer quelque chose, ça fait bien longtemps qu'il n'y a plus rien de produit ici..

Pour faire avancer le schmilblick, je n'ai pas l'habitude d'y aller par 4 chemins alors voici quelques critiques:

Je ne serai pas aussi dithyrambique que mes petits camarades de jeu, désolé
Je pense que tu aurais pu éviter de dire "professionnel", c'est un poil prétentieux tant par le schéma que dans sa réalisation générale, ce n'est pas parce qu'il y a un µC que c'est forcément professionnel, loin de là.
Ce type de convertisseur est rudimentaire et ne possède aucune protection hormis le fusible (dont le calibre de 10A -> FUS_TR1 sur ton schéma est forcément faux) et aujourd'hui, disons depuis au moins 20 ans, un onduleur digne de ce nom est sinusoïdal pur, or ici c'est au mieux un pseudo-sinus dont j'attends de voir l'allure du signal produit, qui ne doit pas être terrible vu l'absence de filtrage autour des MOS et un routage de qualité faible pour être gentil, sans parler du câblage et d'une considération de la CEM totalement ignorée.
2000W en 12V avec un schéma qui indique 10A il y a comme un soucis.
Vu les largeurs de pistes de ton PCB, l'absence de dissipateurs sur les MOS, les longueurs et sections du câblage général, je doute fort que tu aies déjà tiré 1500W (soit 100A environ).
En fait si tu as tiré 100W~200W c'est le bout du monde, ce qui explique le 10A et l'allumage de ton écran de PC avec le petit chargeur que tu montres sur ta vidéo.
Sans quoi tu aurais alimenté bien plus gros mais bon vu les cosses d'entrée 12V tu ne vas pas aller bien loin.

Pourquoi avoir utilisé un pauvre transformateur tôles de 500VA, à la louche, alors que tu parles de 1500W?

Je te conseille vivement de mettre un driver digne de ce nom pour tes MOS et une résistance gate-source de 10K.
Ce serai bête de devoir changer tous ces MOS bientôt...

Avoir un µC sous la main et mettre un chargeur pareil, ça ne fait pas très pro
Attention à ne pas confondre la forme avec le fond, l'électronique c'est d'abord et avant tout le fond et ensuite il est facile de mettre la ou les formes.
Bon courage pour la suite.

[Bitrode]

L'alimentation se fait simplement avec un LM317 pour avoir du 5 Volts régulé pour la partie logique, en réalité, avec les composants sur le schéma, on obtient a peu près 4.9 Volts. La tension de sortie du LM317 dépend de R1LM et R2LM avec la classique formule Vout = 1.25 * (1 + R2LM/R1LM). Une batterie de condensateurs autour permet de stabiliser la tension et limiter les variations indésirables.
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R3 et R4 servent à mesurer la tension de la batterie grâce à l'ADC du PIC. La diode D2 n'est pas nécessaire.

Tu pourrais filtrer l'entrée de mesure du PIC avec un 10nF à minima, j'attends de voir ton code pour la mesure, j'espère que tu fais une mesure moyennée.

Le schéma est très simple.

beaucoup trop simple en fait pour être fiable à 1500W.
Pense à prévoir des sécurités actives.
Nous verrons avec le soft comment tu gères tout ça.
Attention aussi à mettre une batterie en adéquation avec la puissance que tu veux tirer sans quoi tu vas t'attirer des ennuis coté sécurité.
J'ai cru voir un courant de 4A de charge, là aussi la batterie de 10Ah ou même 20Ah va pas aimer longtemps.

[Atelierdah]

Bonjour,

Merci pour les informations constructives dont j'y tiendrais compte pour la suite.

En réalité, le côté professionnel que j'évoque fait plus penser à la carcasse qui lui donne cet aspect, j'ai bien conscience que pour le moment cette version est loin d'être à la hauteur d'un vrai onduleur du commerce.

Les informations concernant le calibrage des composants lu sur le schéma n'ont pas été mise à jour lors de l'exportation du schéma. Le fusible d'entrée en pratique est bien au dela de 10 A, sinon effectivement avec 10 A et une batterie de 12V, on ne pourrait tirer plus de 100 W tout au plus.

Les dissipateurs ont été prévues, si vous regardez le PCB, il y a de la place pour en mettre sur les deux côté, pour les tests et du fait de la non présence de grosse batterie, je me suis contenter d'alimenter de petits appareils pour valider le côté fonctionnement, tout ceci sera mis à jour par la suite, pareil pour le transformateur, je ne disposais que de celui-ci

Très bonne idée pour le driver, j'en utiliserais certainement pour l'avenir.

[Atelierdah]

Au niveau du chargeur, je ne compte le brancher que si j'utilise une batterie d'au moins 12 Volts 50 AH minimum, ce qui laisse une marge d'un dixième de sécurité sans gros danger pour la batterie