Onduleur APC CS 500
2016-07-20
J'avais récupéré un onduleur dont l'autonomie est devenue de plus en plus courte jusqu'à ce que la LED Replace Battery soit allumée et que la batterie soit gonflée.
Une remarque curieuse était le non-fonctionnement avec certaines alimentations (Enermax à PFC actif) et les bruits audibles (couinement) avec certaines alimentations Antec (CWT) et HP, toutes à PFC actif (aucun problème avec des alimentations sans PFC).
Démontage
La batterie s'enlève par la trappe dessous, ensuite les deux vis à l'arrière permettent de déclipser la face arrière vers le haut et le côté droit.
Tous les câbles basse-tension ont des cosses Faston et les couleurs des câbles sont indiquées sur le PCB. Les câbles en 230V ont des connecteurs AMP/Molex "idiot-proof" qui rendent difficiles les erreurs de câblage.
Le PCB de protection RJ11 est clipsé sur la face arrière, et le PCB qui contient tout l'onduleur est déclipsable du côté gauche une fois le transformateur déposé (sans vis).
Tous les PCB ont la référence 640-0287_Rev08 (probablement lié à un fonctionnement 230V 50Hz).
Architecture
L'onduleur a une structure off-line, typique des onduleurs cheap.
En voyant les deux enroulement symétriques du transformateur et deux MOSFETs de puissance, on identifie une structure push-pull.
Plutôt que de commander les transistors en PWM à quelques kHz pour avoir une sortie quasi sinusoïdale (l'inductance du transformateur et une capacité de 100nF suffisent à filtrer les harmoniques), cet onduleur commande les transistors en tout ou rien à 50Hz.
Ce qui explique les incompatibilités avec certaines alimentations à PFC actif.
En plus de l'onduleur, une petite alimentation Flyback est présente pour charger la batterie.
Transformateur
Le transformateur à 3 enroulements :
L'enroulement (2) est alimenté en 12V à 50Hz (signal carré retardé) pour que l'enroulement (1) fournisse une tension de 350V en crête (230V efficace en prenant le retard en compte).
L'enroulement (3) est commandé par la basse tension pour annuler le flux du transformateur pendant les temps morts (technique "active clamp").
Dimensionnement
L'onduleur est donné pour 500VA en sortie d'onduleur (600W consommés sur la batterie est un bon ordre de grandeur).
La batterie Plomb-Acide étanche est donnée pour 7Ah, sans aucune mention "high-current" comme une batterie de véhicule. Les batteries Yuasa NP7-12 sont souvent données comme équivalentes, et ont une autonomie de 2min à leur courant maximum de 6C (soit 42A, 440W en fin de décharge).
Le fusible protégeant la batterie est donné pour 60A (600W en fin de décharge), les MOSFETs du demi-pont de l'onduleur (HFR3205/IRF3205) sont donnés pour 80A (continu) et 8mOhm et sont montés sur un radiateur de ~12.5°K/W (à la louche). En considérant une moyenne de 30A par transistor (demi-pont), on obtient 7.2W dissipés et une différence de température package/air de 90°C (soit 115°C avec une température ambiante de 25°C).
Je n'ai pas mesuré la saturation du transformateur (mais celui de mon alim de labo de 100W est plus volumineux), du coup il n'est pas possible de conclure.
Par contre les 500VA sont probablement atteignables en pic, lors du branchement d'alimentations à découpage (chargement "brutal" de capacités), mais l'onduleur est plus réaliste pour fournir 50 à 150W pendant 10 à 30min...
Protections
Le transformateur CT1 et les AOPs IC8 renvoient une mesure du courant, et les réseaux de résistances R40-R71 et les AOPs IC10 renvoient une mesure de la tension du secteur et de celle en sortie d'onduleur.
Toutes les mesures arrivent sur les canaux analogiques du microcontrôleur IC1 (ST72F63BK-4, 8-bit à 24MHz, USB, ADC...), qui a des sorties pour commander les MOSFETs push-pull et de clamp de l'onduleur.
Références
Une remarque curieuse était le non-fonctionnement avec certaines alimentations (Enermax à PFC actif) et les bruits audibles (couinement) avec certaines alimentations Antec (CWT) et HP, toutes à PFC actif (aucun problème avec des alimentations sans PFC).
Démontage
La batterie s'enlève par la trappe dessous, ensuite les deux vis à l'arrière permettent de déclipser la face arrière vers le haut et le côté droit.
Tous les câbles basse-tension ont des cosses Faston et les couleurs des câbles sont indiquées sur le PCB. Les câbles en 230V ont des connecteurs AMP/Molex "idiot-proof" qui rendent difficiles les erreurs de câblage.
Le PCB de protection RJ11 est clipsé sur la face arrière, et le PCB qui contient tout l'onduleur est déclipsable du côté gauche une fois le transformateur déposé (sans vis).
Tous les PCB ont la référence 640-0287_Rev08 (probablement lié à un fonctionnement 230V 50Hz).
Architecture
L'onduleur a une structure off-line, typique des onduleurs cheap.
En voyant les deux enroulement symétriques du transformateur et deux MOSFETs de puissance, on identifie une structure push-pull.
Plutôt que de commander les transistors en PWM à quelques kHz pour avoir une sortie quasi sinusoïdale (l'inductance du transformateur et une capacité de 100nF suffisent à filtrer les harmoniques), cet onduleur commande les transistors en tout ou rien à 50Hz.
Ce qui explique les incompatibilités avec certaines alimentations à PFC actif.
En plus de l'onduleur, une petite alimentation Flyback est présente pour charger la batterie.
Transformateur
Le transformateur à 3 enroulements :
- 230V (10.5 Ohm, 18.5H)
- 2×7.8V (<100mOhm, 20mH)
- 15V (~100mOhm, 40mH)
L'enroulement (2) est alimenté en 12V à 50Hz (signal carré retardé) pour que l'enroulement (1) fournisse une tension de 350V en crête (230V efficace en prenant le retard en compte).
L'enroulement (3) est commandé par la basse tension pour annuler le flux du transformateur pendant les temps morts (technique "active clamp").
Dimensionnement
L'onduleur est donné pour 500VA en sortie d'onduleur (600W consommés sur la batterie est un bon ordre de grandeur).
La batterie Plomb-Acide étanche est donnée pour 7Ah, sans aucune mention "high-current" comme une batterie de véhicule. Les batteries Yuasa NP7-12 sont souvent données comme équivalentes, et ont une autonomie de 2min à leur courant maximum de 6C (soit 42A, 440W en fin de décharge).
Le fusible protégeant la batterie est donné pour 60A (600W en fin de décharge), les MOSFETs du demi-pont de l'onduleur (HFR3205/IRF3205) sont donnés pour 80A (continu) et 8mOhm et sont montés sur un radiateur de ~12.5°K/W (à la louche). En considérant une moyenne de 30A par transistor (demi-pont), on obtient 7.2W dissipés et une différence de température package/air de 90°C (soit 115°C avec une température ambiante de 25°C).
Je n'ai pas mesuré la saturation du transformateur (mais celui de mon alim de labo de 100W est plus volumineux), du coup il n'est pas possible de conclure.
Par contre les 500VA sont probablement atteignables en pic, lors du branchement d'alimentations à découpage (chargement "brutal" de capacités), mais l'onduleur est plus réaliste pour fournir 50 à 150W pendant 10 à 30min...
Protections
Le transformateur CT1 et les AOPs IC8 renvoient une mesure du courant, et les réseaux de résistances R40-R71 et les AOPs IC10 renvoient une mesure de la tension du secteur et de celle en sortie d'onduleur.
Toutes les mesures arrivent sur les canaux analogiques du microcontrôleur IC1 (ST72F63BK-4, 8-bit à 24MHz, USB, ADC...), qui a des sorties pour commander les MOSFETs push-pull et de clamp de l'onduleur.
Références
Tags de l'article : elec, teardown
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