TRANSFORMATION D'UN UPS EN ONDULEUR Généralités Disposer de l'équivalent du secteur 220 volts alternatifs dans un véhicule peut être très utile pour alimenter divers chargeurs de batteries, comme ceux de téléphones, caméscopes, ordinateurs portables, et autres équipements. Les fabricants fournissent généralement un chargeur conçu pour fonctionner sur le secteur, mais vendent très cher l'adaptateur pour usage automobile. L'addition peut être salée si l'on doit en acheter un pour chaque appareil. Une solution raisonnable est donc de se servir des chargeurs et autres alimentations livrés d'origine, et de les raccorder à un convertisseur produisant le secteur 220 V à partir de la batterie du véhicule. Il est délicat d'alimenter de gros consommateurs de courant avec un onduleur, et plus encore des moteurs demandant un très gros courant au démarrage. Inutile par exemple de chercher à alimenter un poste de soudure à l'arc ou un fer à repasser. Il existe des solutions adaptées à ce genre de problème, mais pour un coût prohibitif (génératrices entraînées par le moteur, certaines permettant la soudure électrique). Il faut garder présent à l'esprit que chaque centaine de watts consommée demandera de l'ordre de 8 à 10 ampères à la batterie en supposant un excellent rendement de conversion, et un cos phi égal à 1 ! L'onduleur reste donc raisonnable pour quelques centaines de watts tout au plus. Il existe dans le commerce une large gamme d'appareils plus ou moins sophistiqués, et à tous les prix. Selon leur conception, ils produiront un courant carré ou sinusoïdal, auront ou non une protection contre une décharge complète de la batterie, etc. Ils ont en tous cas trois points communs qui les rendent largement supérieurs au bricolage présenté ici : ils sont étudiés pour un environnement automobile ils sont faits pour un fonctionnement prolongé ils sont compacts et éventuellement étanches (appareils à destination marine) https://www.cambouis.com/electronique/divers/UPS-onduleur.htm Un onduleur puissant, sophistiqué, et... gratuit Les onduleurs haut de gamme pour automobile produisent un sinus, et non un signal carré (que ne supportent pas certains appareils électroniques, matériels vidéo en particulier en usage camping car). Ce sinus est produit et régulé par microprocesseur. Ils sont très chers. Or il existe des onduleurs de ce genre, très bon marché : ce sont les onduleurs pour ordinateurs ou UPS (Uninterruptible Power Supply). Pour les plus simples (off-line), ils se déclenchent en quelques millisecondes en cas de coupure secteur, et le circuit convertit l'énergie stockée dans une batterie sèche 12V en 220 V alternatif. Un tel onduleur, neuf, coûte environ 100€ pour des modèles d'entrée de gamme fournissant 600 VA (ce qui ne veut pas dire 600 W, mais de l'ordre de 400). 1|P a g e La batterie de ces appareils a une durée de vie limitée à quelques années. Une fois cette batterie morte, il est très peu rentable de la remplacer. Ce genre de matériel est plutôt à usage professionnel, et il est absurde dans ce contexte de dépenser 60€ dans l'achat d'une nouvelle batterie pour un onduleur ancien et ne valant plus rien du fait de son amortissement fiscal. Ils se retrouvent alors dans la déchetterie la plus proche, ou chez le revendeur informatique du coin, recyclage de la batterie usagée oblige. Il suffit d'en récupérer un, et on dispose alors d'un convertisseur gratuit, piloté par microprocesseur, et produisant un sinus "numérique" 8 bits, c'est à dire de très bonne qualité. Plusieurs points importants sont à garder présents à l'esprit : un onduleur informatique n'est pas conçu pour l'automobile (vibrations, secousses, humidité...) il est fait pour fonctionner quelques dizaines de minutes tout au plus (refroidissement "limite") il est généralement encombrant, au moins pour les modèles équipé d'un transformateur classique de type "EI"; les toriques permettent d'obtenir un boîtier plus compact, mais leur prix est plus élevé et ils sont moins courants . Moyennant quelques adaptations et concessions, il peut très bien faire l'affaire. Il suffit de récupérer également un ventilateur d'alimentation de micro ordinateur, puis de bricoler un peu. Principe de réalisation Le bricolage présenté ici est fait à partir d'un appareil de marque APC fournissant 600 optimistes VA. En réalité, au démontage, il apparaît que le transformateur, de type "E I" et non torique, c'est à dire traditionnel, est marqué 430 VA. C'est tout à fait suffisant pour l'utilisation envisagée. Il est piloté par un microprocesseur 8 bits, et fournit un courant sinusoïdal 8 bits. Cet engin est assez encombrant et lourd : son boîtier contient une longue carte électronique peuplée de très nombreux composants, un logement de batterie (que l'on élimine), et surtout un très encombrant transformateur. Le refroidissement des transistors de puissance est assez léger : il sera amélioré par un ventilateur prélevé sur l'alimentation d'un vieux PC, ce genre de ventilateur s'alimentant en 12 volts. Ce n'est cependant pas la meilleure solution. En effet, il est toujours préférable de charger la sortie 220 V d'un convertisseur. Il serait judicieux de monter un ventilateur 220 V de dimensions équivalentes (10 à 20 € à prévoir), et alimenté par la sortie du convertisseur. L'idée de base est de "remplacer" la batterie interne par celle du véhicule, puis d'obliger l'onduleur à fonctionner en court-circuitant le bouton "test". La commande marche/arrêt est assurée par un interrupteur commandant un relais qui amène le 12 V batterie via du câble électrique de 8 mm². Le négatif est prélevé sur le bornier de masse, là où arrivent les masses principales (batteries en particulier). Le positif est également prélevé sur le bornier principal. Un fusible calibré à 40 ampères est placé sur le circuit positif, au plus près du bornier. Ceci assure à la fois un courant continu de qualité (faible résistance interne, masse fiable) et une protection satisfaisante (fusible situé au plus près de la source). La protection est indispensable en raison de la section des fils d'alimentation dont le courant de court circuit serait énorme, et susceptible de déclencher un incendie. Un relais 40 ampères est ajouté dans le boîtier de l'onduleur afin de télécommander sa mise en marche. La sortie est protégée par un fusible sous verre à fusion rapide et calibré à 3 ampères. Il pourrait être avantageusement remplacé par un disjoncteur. 2|P a g e Les composants électroniques sont particulièrement sensibles aux vibrations et à l'humidité. Pour lutter contre l'humidité, ou plutôt les conséquences de sa présence, il suffit de se procurer une bombe de vernis tropicalisant pour circuits imprimés, disponible dans toutes les boutiques d'électronique. Ce vernis est alors appliqué sur les deux faces, en évitant d'en projeter sur les radiateurs de refroidissement et les résistances de puissance, afin de ne pas nuire à leur refroidissement. La protection contre les vibrations est assurée grâce à des petites "crottes" de silicone déposées contre tous les composants susceptibles de vibrer, et de rompre leurs connexions : condensateurs électrochimiques (cylindres) et céramique ou tantale (sortes de lentilles), petits transistors, selfs (bobines), etc. Pour les radiateurs de petites dimensions, il faut n'en placer qu'à la base, toujours pour permettre une bonne évacuation de la chaleur. Exemple de réalisation On voit ici le ventilateur, fixé à une cloison inclinée, elle même fixée au boîtier. Cette plaque a été récupérée sur l'alimentation de PC dont provient le ventilateur; c'est la face sur laquelle il est vissé. Elle a pour but de séparer le boîtier en deux zones; l'air entre par la face avant du boîtier (à gauche sur la photo), débarrassée de ses commandes, et dans laquelle une découpe a été pratiquée; une grille protège l'ouverture. L'air frais est ensuite dirigé par le ventilateur vers les radiateurs de l'étage de puissance. Il s'échappe ensuite par la face arrière, également découpée. Ainsi, la circulation de l'air refroidit l'intégralité de la platine, ainsi que le transformateur. On peut voir également le fusible protégeant la sortie 220 V, et le relais de commande de l'alimentation 12 V (ces deux éléments ont été ajoutés). 1. 2. 3. 4. 5. ventilateur monté sur une cloison étage de puissance du convertisseur transformateur relais de commande fusible de sortie Câblage électrique et modifications Il n'est pas possible de fournir un schéma universel en raison des différences pouvant exister d'un modèle à l'autre. Cependant, il devrait être possible d'arriver au résultat souhaité en suivant quelques lignes directrices simples. 3|P a g e Test préalable Pour savoir si l'onduleur dont on dispose convient pour réaliser le bricolage décrit ici, il suffit d'en ouvrir le compartiment batterie, de retirer celle ci, puis de connecter les fils positif et négatif aux cosses de la batterie (en respectant les polarités). Il est indispensable que la batterie interne soit une batterie 12 V; dans le cas contraire, chercher un autre onduleur. Une fois cette liaison réalisée, brancher en sortie une lampe 220 V 100 W par exemple. Mettre en marche l'onduleur par son interrupteur général. Il est probable que rien ne se passe; dans ce cas, l'onduleur doit être muni d'un bouton de test. Presser le bouton de test : l'onduleur doit démarrer, son buzzer d'alarme doit émettre quelques bips, et la lampe doit s'allumer. Laisser fonctionner quelques minutes pour s'assurer que tout fonctionne normalement. Pendant ce test, il faut être méfiant. En effet, les masses du boîtier et du véhicule sont reliées au négatif de la batterie, et une "liaison" existe entre le 220 V et la masse, par l'intermédiaire d'un filtre en sortie. Câblage des masses et filtre de sortie C'est un point très important. En sortie, il y a de fortes chances que circuit 220 volts soit filtré avec une connexion de terre. La terre n'a aucun sens dans un véhicule et ne doit pas être présente, ni reliée à la masse. Le plus simple est alors de récupérer le 220 V directement sur l'enroulement secondaire du transformateur. Si l'on souhaite conserver tout ou partie du filtre (constitué de selfs, condensateurs et résistances), il faut suivre les pistes et les composants sur le circuit imprimé afin d'en reconstituer le schéma, et supprimer toute connexion vers la terre ou la masse. Le filtre sera alors plus ou moins efficace. Seul une visualisation sur l'écran d'un oscilloscope permet d'en savoir plus, ou alors le calcul pour "ceux qui savent". Dans le doute, il vaut mieux prélever le 220 V directement sur le transformateur : ce sont les deux fils les plus fins, et son enroulement (bobinage) recouvre généralement le primaire, réalisé en fil de forte section. Contrairement à une installation EDF, neutre, phase et terre n'existent pas. Si l'isolation est correctement réalisée entre onduleur et masse du véhicule, et que le transformateur est de bonne qualité (isolation entre enroulements primaire et secondaire), le seul moyen de s'électrocuter est de toucher simultanément les deux fils de sortie. Alimentation 12 V L'alimentation est connectée en lieu et place de la batterie interne qui a été supprimée. Il faut une ligne positive et une ligne négative de forte section, en provenance directe de la batterie du véhicule si possible, et protégée par fusible; compter en gros 10 ampères par 100 VA en sortie, ce qui donne par exemple 30 A pour 300 VA en sortie. Cette alimentation est commandée par un relais, lui même actionné par un interrupteur avec voyant (accessoire tout à fait courant). Démarrage de l'onduleur Un onduleur ne démarre (pour un offline) que s'il y a coupure du secteur 220 V auquel il est relié. Dans ce cas, en sortie, un relais bascule vers le secondaire du transformateur afin de continuer à alimenter les appareils qui y sont reliés. Il ne se met généralement pas en route s'il n'a pas été préalablement relié au secteur pendant un bref laps de temps. Un bouton poussoir de test ou de marche forcée est alors présent en façade pour forcer la production du 220 V en sortie. Il suffit donc de court-circuiter ce bouton pour obliger l'onduleur à fonctionner de façon autonome. 4|P a g e Le buzzer Il donne un signal sonore d'alarme lorsque l'onduleur est en marche. Selon son mode de fonctionnement et le bruit produit, on pourra souhaiter le désactiver. Il suffit de le rechercher sur le circuit imprimé : c'est souvent un composant rond, de 5 à 10 mm de diamètre qu'il suffit de dessouder, ou plus simplement de détruire ! Utilisation du 220 V Le 220 V en sortie est "flottant" par rapport à la masse et à la terre. Il ne doit pas y être relié. Une protection par fusible ou par disjoncteur est indispensable. Prévoir 0.5 A par tranche de 100 VA. Les appareils qui y seront reliés doivent être équipés de prises sans fiche de terre, et avoir une double isolation (symbolisée par un double carré). Un disjoncteur différentiel est inutilisable par principe. L'APC 600 modifié ici donne entière satisfaction. Il n'a pas permis, et c'était prévisible, de faire tourner un moteur 500 watts plus de quelques fractions de secondes (l'onduleur s'effondre sous le courant de démarrage). Par contre, il alimente parfaitement toutes sortes d'appareils : chargeur de caméscope chargeur de téléphone portable ampoules à incandescence tube fluorescent (en produisant une lumière remarquablement stable et totalement exempte de papillottement) micro ordinateur portable etc. Installation dans le véhicule Le boîtier est assez encombrant, mais il se place juste sous le siège conducteur d'un Range Rover Turbo D de base. En effet, sur ce véhicule, il n'y a ni ABS, ni ECU, et cette zone est donc totalement libre. Ce n'est cependant pas un emplacement idéal car en cas de passage à gué, il peut facilement se trouver submergé. Cette zone a été choisie parce qu'elle était libre, qu'elle limitait le câblage, et pour préserver l'espace du coffre. On aperçoit la grille d'entrée de l'air 5|P a g e aspiré par le ventilateur. Il s'agit de la face avant découpée et débarrassée de ses commandes (à gauche sur la photo, et de couleur blanche). Il ne faut en aucun cas installer un onduleur dans le compartiment moteur : environnement trop chaud et exposition aux projections d'eau et de terre. La fixation au plancher est ici directe, et pose deux problèmes : le plancher du RR est bombé et non plat les vibrations ne sont pas amorties La place sous le siège est ici insuffisante pour permettre la mise en place de silentblocs. L'onduleur est donc directement boulonné au sol, avec de petites entretoises pour passer par dessus la courbure du plancher. Pour que la liaison soit étanche, des rondelles larges (rondelles carrossier) ont été placées sous la caisse après avoir interposé du mastic d'étanchéité (bitumineux , de préférence à un mastic silicone). La face arrière du cubby box a été renforcée par une plaque d'aluminium, et reçoit un bloc de prises "Hella" 12 V, l'interrupteur de commande équipé d'un voyant, et la prise secteur. Cendrier et allume cigare ont été sacrifiés. L'interrupteur est celui qui était présent sur la face avant de l'onduleur. Il était bien adapté à cette utilisation en raison de son voyant (une diode électroluminescente), et de son contour empêchant une mise en route involontaire. La liaison avec le convertisseur est amenée via une gaine annelée pour bâtiment. Cet onduleur permet d'alimenter des heures durant un micro ordinateur. 6|P a g e
