Les onduleurs (ASI) alimentés par batterie sont essentiels pour protéger les équipements sensibles des centres de données, des établissements médicaux, des usines, des plateformes de télécommunications et même des habitations contre les pics et les pannes de courant de courte durée. En cas de panne de courant prolongée, ils peuvent fournir l'électricité nécessaire à court terme pour prévenir la perte de données et éviter les pannes de courant.
On distingue généralement les onduleurs « en ligne » et « hors ligne ». Dans un onduleur hors ligne, la charge est directement connectée au réseau. En cas de panne de courant, le système bascule en mode batterie. La commutation prend généralement environ 10 millisecondes, ce qui limite l'utilisation des onduleurs hors ligne dans certaines applications. Un onduleur en ligne intègre un circuit onduleur et un circuit de charge et de décharge de batterie entre la charge et le réseau. L'onduleur reste en fonctionnement, que la tension d'entrée soit normale ou non. Ainsi, en cas de problème d'alimentation, l'onduleur en ligne peut effectuer une commutation « sans interruption » et fournir une alimentation de secours à la charge via la batterie.
Les onduleurs modulaires sont plébiscités par les concepteurs et les utilisateurs, car ils permettent de connecter en parallèle des onduleurs de faible puissance pour répondre à une demande électrique plus importante. Ils permettent d'étendre rapidement et facilement les systèmes existants et de rentabiliser la mise en place de systèmes à grande échelle.
Cependant, comme toute conception d'alimentation électrique, la conception d'un onduleur performant présente également des défis. Parmi les facteurs clés à prendre en compte figurent la taille, la capacité de régulation d'entrée-sortie, la gestion des batteries et la topologie.
La taille est cruciale, notamment dans les applications où l'espace est extrêmement précieux, comme les centres de données. Par le passé, les transformateurs ont toujours été l'un des composants les plus volumineux des onduleurs, mais avec l'émergence de technologies de semi-conducteurs plus avancées, des circuits de commutation haute fréquence ont remplacé les transformateurs, permettant ainsi un gain de place. Un onduleur sans transformateur peut fournir des centaines de kVA d'alimentation de secours aux grands centres de données dans des armoires de taille standard.
L'onduleur en ligne utilise une modulation de largeur d'impulsion (PWM) haute fréquence pour effectuer une double conversion (CA-CC puis CC-CA), ce qui peut résoudre de nombreux problèmes de qualité d'entrée que l'onduleur hors ligne ne peut pas gérer, tels que les surtensions de basse tension et le bruit de ligne, tout en réduisant l'utilisation de la batterie et en prolongeant sa durée de vie.
L'onduleur détermine la qualité de sortie de l'onduleur et influence grandement son efficacité globale. Un excellent onduleur en ligne peut produire des ondes sinusoïdales de haute qualité, similaires à celles du secteur, alimentant ainsi des charges résistives et inductives. Cela nécessite que les dispositifs de commutation (IGBT/MOSFET) de l'onduleur fonctionnent à haute fréquence et coopèrent avec les algorithmes de contrôle afin de minimiser le bruit de sortie et les interférences électromagnétiques générées lors de la commutation.
Dans un onduleur classique, plusieurs batteries empilées forment un bloc-batterie complet, dont la charge et la décharge sont gérées par un module de gestion de batterie. Afin d'optimiser les performances de la batterie et de prolonger sa durée de vie, la conception doit prendre en compte des aspects tels que l'équilibrage de charge, la protection de la tension et du courant, le contrôle de la charge et de la décharge, la gestion thermique, le contrôle des ventilateurs, la surveillance et la communication.
