Les relais électromagnétiques
Les relais électromagnétiques
Principe
Les relais sont des interrupteurs commandés électriquement.
Une bobine alimentée sous faible tension (5 à 24 V) génère un champ électromagnétique qui fait déplacer une membrane qui va ouvrir ou fermer le circuit.
Un relais est caractérisé par :
La tension de commande : 5 à 24V
Le courant de coupure : Ex 30A
La tension maximale dans le circuit de puissance : Ex 230V
Sa position au repos [1] : Normalement Ouvert (NO) ou Normalement Fermé (NF)
Sa durée de vie : les relais sont garantis pour un nombre de commutation, par exemple 1 million.
Symbole
On distingue clairement la partie de commande (rectangle) et le circuit qui s'ouvre ou se ferme pour laisser passer le courant.
Un branchement typique
La bobine de commande du relais nécessite un certain courant [3] qu'une broche de microcontrôleur ne peut pas fournir.
Ce branchement permet d'actionner un relais avec un transistor. Quand le signal de commande passe à l'état haut, la bobine du relais déplace les contacteurs pour laisser passer le courant du circuit de puissance.
La diode de roue libre
Lors de la fermeture du relais [4], le courant est brutalement coupé, or, les bobines s'opposent aux variations de courant.
Cela engendre une surtension qui va se répercuter sur le transistor.
Cette surtension vaut :
$$ U = L\cdot \frac{dI}{dt}$$
Avec :
U la tension en Volt aux bornes de la bobine
L la valeur en Henry de l'inductance [2]
I la variation de courant en Ampère dans la bobine
On met donc une diode en parallèle de la bobine pour que l’énergie accumulée dans la bobine passe dans la diode.
Cette diode est appelé diode de roue libre.
Ici, une diode Schottky a été utilisée. Elle possède un temps de commutation plus faible ce qui améliore la protection du système [5]
En exemple, une simulation sans diode est faite avec :
On regarde la tension aux bornes du MOSFET lors de la désactivation du courant dans la bobine du relais.
On constate un pic à 35V, ce qui commence à être conséquent.
Maintenant, faisons la même simulation avec une diode de roue libre.
On constate une tension de $-0.6V$, il s'agit de la tension de seuil de la diode.
En pratique
Pour utiliser des relais avec des microcontrôleurs, on utilise le plus souvent des relais qui intègrent une interface de contrôle.
Il suffit généralement d'alimenter le relai en 5V constant et une broche active le relais si elle passe au niveau logique HAUT.