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Convertisseur continu continu

(Note : simple test d'un matériel commercial)

 Convertisseurs  DC DC

Maj : 22/10/09

 

Besoin d'un Convertisseur continu > continu

Cette page n’est qu’une simple étude technique d’un matériel commercial existant, destinée à vérifier s’il présentait un intérêt pour l’équipement du bord.
La page PC portable a évoqué la nécessité d’avoir un ordinateur à bord.
Si l’on adopte un modèle portable, le problème de la charge se posera car sa batterie a une autonomie très courte. Nous avons vu les deux possibilités de faire fonctionner le matériel à bord.

Passer par un 220 V intermédiaire (convertisseur 12 VDC > 220 V AC) et le bloc secteur d’origine, comme nous en avons discuté dans la page précédente.

Alimenter directement le portable avec sa tension d’origine, souvent 19 Volts.
C’est la solution qui présente le meilleur rendement, comme nous le verrons en détail, de l’ordre de 90 %, ce qui est très favorable pour la conservation de l’énergie des batteries du bord. Elle est décrite dans cette page.

Cette page est un test de deux modèles différents, un 90W puis un 120 W.

 

 

Description du modèle 90 W

 

Le matériel testé provient de chez Nauticom (voir liens). Il est alimenté en 12 V par la batterie et offre une sortie sélectable par plots de volt en volt entre 15 et 21 V.
Les limites de ce convertisseur données sur l'étiquette sont 12 V 12 A en entrée et 90 W restitués.
La référence est GW-P006VA.6.0A,90W
Cela couvre tous les besoins de tous les PC portables du marché.

 Connvertisseur DC DC

Convertisseur 90 VA

L’emballage carton est réutilisable et permet de ranger le matériel.
Une collection de 5 embouts amovibles devrait permettre de s’adapter aux prises courantes, mais il y a des constructeurs farceurs qui ont une norme totalement exotique ce qui posera un problème pratique. Si la prise est introuvable, il faudra couper le câble d’origine du bloc secteur et rajouter un raccord intermédiaire, ou bien installer une prise supplémentaire de châssis sur le PC.

Le principe des convertisseurs à découpage est décrit dans la page PC portable

Schéma de principe et de réalisation du découpage

Ici, la partie redressement secteur est directement remplacée par l'alimentation directe 12 volts. Un circuit très élaboré pilote le découpage de la tension en fonction des besoins en sortie.

Un chapitre suivant montre les résultats détaillés des mesures effectuées.

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Particularités de l’installation (valables pour le 90 et le 120 VA)

 

Consommation à vide

Sans aucun appareil branché en sortie la consommation est de 30 mA sous 12 V, soit l’équivalent d’une petite ampoule de 0.3 W d’éclairage compas. C’est très peu, mais la batterie du PC ne doit pas être chargée en permanence sous peine de perte d’autonomie. Il est préférable de la laisser se vider et de ne mettre la charge que lorsque que l’alarme batterie basse se déclenche. Un interrupteur et une led de tableau sont donc indispensables pour une installation définitive.

 

Câblage

En charge forte la consommation est de quelques ampères, les volts (donc l'énergie !) sont vites perdus sur les lignes d’alimentation, pour conserver un bon rendement :

Câblez gros et propre !

Pour une installation fixe, coupez le fil avec la prise allume cigare au plus court, le montage d’origine amène une perte importante.
Pour un usage épisodique, à bord ou en voiture, le rendement énergétique n’est pas un problème, ne modifiez rien.

 

Précision de la tension choisie

Les résultats montrent que la tension de sortie est très proche de la valeur de consigne, c’est mieux que nos besoins car de grands écarts seraient tolérables sur les d’entrée, il y a aussi une pompe de charge dans le PC…

 

Nuisances

Le silence est absolu, le convertisseur travaillant en haute fréquence inaudible. Le filtrage est propre et ne parasitera pas les réceptions radio du bord.
Il se présente comme un très petit boîtier plastique, qui ne chauffe quasiment pas et sera très facile à monter sous la table à cartes avec une bride.

 

Les risques

J’ai expertisé divers matériels, en particulier des chargeurs d’accumulateurs présents dans les catalogues de nos shipchandlers. Il y a de tout, certains sont acceptables, d’autres (pas forcément le moins chers), sont médiocres et dangereux. Les utilisateurs chanceux constateront qu’ils tombent simplement en panne par défaut de conception. Pour les moins chanceux, le matériel prendra feu en utilisation normale, cela pouvant entraîner de graves conséquences.
Ce petit matériel semble assez bien construit pour ne pas mettre le bateau en péril.

 

Les divers embouts

Le matériel est livré avec une petite série de prises réversibles pour tenter de s’adapter à la multitude des matériels existants.
Il faudra faire attention aux mauvais contacts, chaque constructeur possède sa norme exotique et tous les diamètres intérieurs, extérieurs, longueur du canon et forme de l’embout sont possibles.
Il faudra être vigilant sur ce point source de nombreux problèmes, le matériel alimenté supporte très mal les disparitions et applications rapides et répétées de la tension.

N’utilisez pas ces embouts sources de mauvais contacts, soignez l’installation.
S vous avez besoin de fils longs, pour améliorer le rendement, vous raccourcirez le fil 12 V, vous utiliserez un long (le moins possible) gros fil 19 V avec un raccord souple d’une dizaine de centimètres à l’extrémité en fil plus fin pour limiter les contraintes sur la prise d’alimentation fragile.

 

Défaut de conception

Il manque un petit détail pour que le matériel soit parfait. Il ne se désactive pas si la batterie du bord est trop basse. Il aurait été souhaitable que pour une tension aux bornes tombant en dessous de 11 V, le système se mette en sécurité en ouvrant son circuit et en enclenchant un petit buzzer d’alarme. Faute de cela il faudra surveiller ses batteries. Si le pilote automatique est enclenché, c’est lui qui déclenchera l’alarme énergie.

Beaucoup de bateaux n’ont aucune sécurité batterie basse, une future page décrira un superviseur simple d’alimentations en complément du moniteur d’ampères heures.

Le matériel a été ouvert pour voir la qualité de construction. Il est simple propre et sans surprises et devrait avoir une fiabilité raisonnable.

Un blindage cuivre sous le circuit bloque les radiations parasites.

 Connvertisseur DC DC

Vue interne

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Détails des mesures électriques du 90 W

 

Tension
batterie

Tension
sortie
sélectionnée

Charge
en ohms

Courant
consommé A

Tension
lue vraie V

Puissance
absorbée W

Puissance
restituée W

Rendement
réel %

12 15 infini 0.03 15.7 0.06 0
0
12 18 infini 0.03 18.6 0.06 0
0
12 21 infini 0.03 21.8 0.06 0
0
             
11 15 24 .97 15.34 10.67 9.8
92
11 18 24 1.41 18.47 15.51 14.21
91
11 21 24 1.94 21.69 21.34 19.6
92
             
12 15 24 0.89 15.36 10.68 9.83
92
12 18 24 1.29 18.6 15.48 14.41
93
12 21 24 1.78 21.69 21.36 19.6
92
             
13 15 24 0.81 15.36 10.53 9.83
93
13 18 24 1.18 18.49 15.34 14.24
93
13 21 24 1.63 21.7 21.19 16.62
90
             
13.6 15 24 0.80 15.37 10.88 9.84
90
13.6 18 24 1.16 18.50 15.77 14.26
90
13.6 21 24 1.57 21.68 21.35 19.58
91
             
13.6 15 16 1.16 15.30 15.77 14.63
92
13.6 18 16 1.71 18.33 23.32 20.99
90
13.6 21 16 2.44 21.61 33.15 29.18
88
             
13.6 15 8 2.25 15.11 30.6 28.53
93
13.6 18 8 3.38 18.20 46 41.4
90
13.6 21 8 4.75 21.35 64.6 56.97
88
             
13.6 15 4 4.50 14.47 61.2 52.34
85
13.6 18 4 7.26 17.78 98.73 79.03
80
13.6 21 4 9.8 20.88 133.28 109
82

 

Les mesures en charge ont été faites en 13.6 V. La puissance consommée est indépendante de la tension. La consommation augmentera inversement proportionnellement à la tension du bord.

Par exemple, pour environ 40 W restitués à 18 V de sortie (=2.2 A), la consommation sera de 3.4 A à 13.8 V batterie et de 4.25 A pour 11 V.

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Interprétation des mesures électriques du 90 W

 

Les mesures ont éte effectuées jusqu'a la dégradation des performances ou le rendement tombe à 80% vers les 90 W de la limite annoncée. Il est normal que le rendement s’écroule en charge forte, les pertes par effet Joule dans le câblage augmentent rapidement avec le courant.

En charge maximale le converiisseur fournit 80 W avec un rendement de 80 % pour une tension de sortie de 18 V , ce qui correspond à un courant absorbé de 7.3 A à 13.6 V ou 9 A sous 11 V.

En utilisation pratique, pour un PC portable moyen qui consommera au maximum 40 W sous 18 V, le rendement est alors remarquable à 90 % pour une consommation sur la batterie de 12 V de 4 A .

Pour exemple, le Sony Vaio PCG-FX501. Il est très sobre, je l'alimente en 20 volts. La consommation du convertisseur sur l'entrée 13.6 V est de 2.5 A en service normal, elle monte à des pics de plus de 4 A en périodes d'activité maximale. Quand le rétroéclairage s’éteint, le courant tombe à 1.5 A. Quand le PC est éteint la charge batterie consomme 0.6 A puis 0.1 A en entretien avec des pics.

Remarque : Si vous voulez mesurer votre consommation, utilisez un ampèremètre à aiguille et jamais un numérique, les variations de courant sont très rapides, le cadran à aiguille les intègre, mais le numérique donne des valeurs incohérentes.

Voici les chiffres caractéristiques que nous retiendrons pour une utilisation du PC à forte charge, mais la consommation sera bien plus faible sur la moyenne de l’exploitation :

Convertisseur CC > CC 90 W

40 W restitués sous 18 V

Consommation 4 A sous 12 V

Rendement 90 %

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Les matériels rapides et voraces

 

Attention aux nouveaux portables rapides qui sont très gourmands !

Les essais sur un Asus avec Athlon 1.67 GHz ont montré des consommations en pics dépassant les 95 W avec de longs paliers à 87 VA, ce qui est le double du Sony Vaio (plus lent).
Il sera alors souhaitable d’envisager un convertisseur plus gros pour étaler ces très grosses puissances.
Le modèle précèdent s’avère alors insuffisant pour assurer une fiabilité acceptable en croisière. Il faut tout mettre en œuvre pour ne pas se créer des pannes qui arrivent toujours au pire moment, loin de tout support.

Il est donc préférable de surdimensionner le matériel, en reprenant le vieil adage « trop fort n’a jamais manqué ».

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Description du modèle 120 VA

Le matériel testé provient de chez Nauticom (voir liens). Il est alimenté en 12 V par la batterie et offre une sortie sélectable par plots de volt en volt entre 15 et 22 V.
Les limites de ce convertisseur données sur l'étiquette sont 12 V à 16 V, 11.5 A en entrée et 120 W restitués.
La référence est SDR-120W
Cela couvre tous les besoins de tous les PC portables actuels du marché.

 Connvertisseur DC DC

Convertisseur 120 W

La prise allume-cigare contient un fusible de 15 A. L’emballage n’est pas réutilisable, simple blister de présentation. Il faudra trouver une boite pour le ranger afin de ne pas perdre les embouts.
Les fils d’entrée et de sortie sont équipés de selfs ferrite dans un moulage.
L’ouverture du boîtier montre l’énorme radiateur pour les transistors de commutation, couvrant la self du transformateur et servant aussi de blindage. La réalisation est irréprochable.

Tout ce qui a été dit sur le modèle précèdent, embouts, sécurité, absence de désactivation batterie basse, etc., reste valable sur ce matériel et ne sera pas repris. Seules les mesures électriques changent.

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Détails des mesures électriques du 120 W

Les mesures sur le matériel 90 W ayant montré une bonne linéarité entre tension et courant d’entrée, pour simplifier les résultats nous effectuerons toutes les mesures avec une tension d’entrée de 13.6 V.
Il a été aussi vérifié que le rendement du 120 W change peu entre 11 et 16 V, une seule valeur de la tension d’entrée est donc significative.

 

Résultat très proches du 90 VA

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Interprétation de ces mesures électriques du 120 W

Résultat très proches du 90 VA

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Les convertisseurs 12 V vers 24 V

La problématique est un peu différente. Pour le PC il fallait disposer seulement de quelques ampères en 19 volts.
L’idée est ici d’utiliser des matériels industriels, alimentés en 24 V alors que la tension du bord est en 12 V. Cela est intéressant en particulier pour de grosses pompes, le dessalinisateur, le guindeau, car ces matériels sont plus courants en "tension camion " qu’en "tension voiture de tourisme ".
Il s'agit ici de courants forts, plusieurs dizaines d'ampères, donc le matériel sera plus lourd et beaucoup plus onéreux.
Il est possible de faire mieux que beaucoup de matériels commerciaux pour des bricoleurs habiles en électronique.
Les composants se récupèrent facilement à la casse au prix de la ferraille, sur les magnifiques énormes alimentations d'ordinateurs réformés, qui fournissaient des centaines d'ampères aux armoires très gourmandes. Tous les composants se trouvent sur un de ces bijoux.
L'idée est de réaliser une alimentation flottante 12 V, mise en série sur les 12 V du bord, la régulation se prenant sur le 24 V de sortie évidement.

L'intérêt est de diviser ainsi par 2 les pertes.
Exemple, s'il faut tirer 100 A sous 24 V, soir l'énorme puissance de 2.4 kVA, avec un rendement de 80 %, la perte sera donc de l'ordre de 500 VA. En utilisant un convertisseur à la demi tension, la perte ne sera que sur cette partie, donc la moitié, car la batterie donne 100 %.

l est bien évident que cela n'est qu'un pis aller, sur un bateau de voyage, le 12 V est une aberration, il faut convertir le bateau en 24 V en attendant la généralisation du 36 V automobile.

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FAQ

Mesure de ma puissance

J’ai un PC mais je ne suis pas bricoleur et je ne sais pas mesurer le courant et la tension fournis par le bloc d’origine pour avoir une idée de la puissance du convertisseur à acheter.

Ce n’est pas aussi évident qu’il parait à première vue.
Pour mesurer la puissance absorbée en continu, il faut couper le câble de sortie du bloc d’alimentation secteur pour intercaler un ampèremètre en série et lire la tension en parallèle. Les prises sont moulées et ne se démontent pas, le bloc est thermosoudé, il est très ennuyeux de saboter le fil. Cela s’avère peu réalisable en pratique.

Il est donc plus astucieux de mesurer le courant absorbé sur le secteur. La tension est bien connue, c’est du 220 V, un ampèremètre alternatif en série indiquera le courant et donc la puissance P = V * I .
C’est aussi la puissance absorbée en continu, on négligera le rendement de l’ordre de 90 %, cela donne une marge de sécurité de 10 %, mais pour le choix du convertisseur il faudra rajouter au moins 50 % sur la puissance maximale lue pour ne pas travailler à la limite.

Il est dangereux de faire des mesures avec des fiches bananes et des pinces crocodiles nues sur le secteur, il est bien préférable d’acheter pour quelques dizaines d’euros un wattmètre qui se présente comme un petit bloc prise et qui donne directement sur un afficheur la puissance absorbée.

Cet excellent gadget vous permettra de tester les appareils électriques de la maison et de découvrir avec stupeur les consommations aberrantes de beaucoup de matériels soit disant éteints !

L’utilisation de ce wattmètre est décrite dans la page : Consommation des appareils éteints

Wattmetre

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Conclusion

 

Ce petit matériel s'avère parfait pour utiliser à bord un PC portable. C’est un gadget indispensable, facile à installer, il offre un très bon rapport qualité / prix.

Comparée à la solution plus universelle du convertisseur intermédiaire 220 V AC, la solution du bloc spécifique offre le meilleur rendement possible. Le poids étant négligeable, pour des raisons de fiabilité, il est préférable de doubler les sources d’énergie.
Ce convertisseur viendra en complément des solutions 220 V déjà installées. Il ne remplace pas les convertisseurs 220 V car beaucoup d’autres matériels ne fonctionneront que sur leurs blocs d’origine, le passage par des 220 V est incontournable, un d’une centaine de W pour les petits matériels, l’autre plus puissant pour l’électroménager et la grosse perceuse.

 

 

Liens convertisseurs CC >CC

PC portable

Energie du bord

Nauticom, distributeur de matériel électronique pour la plaisance : nauticom.fr

* Liens vérifiés le 22/10/09

© Christian Couderc 1999-2014     Toute reproduction interdite sans mon autorisation

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