Relais statiques : aperçu

Voici l'article de blog sur les relais statiques que j'avais promis dans mon dernier article consacré aux relais mécaniques. Les relais statiques remplissant les mêmes fonctions de base que les relais mécaniques, j'aborderai donc leur fonctionnement interne, les raisons de les préférer aux relais mécaniques, ainsi que certains termes.

Les relais statiques sont constitués de trois composants principaux : un capteur, un dispositif de commutation et un mécanisme de couplage. En règle générale, le couplage est réalisé de manière optique afin de fournir un isolement électrique entre les circuits de commande et de signalisation. L'entrée active une LED interne qui déclenche une diode photosensible. La diode active un thyristor, ou MOSFET, qui autorise la circulation vers les broches de sortie.

Les relais statiques sont généralement plus rapides que les relais mécaniques, car ils ne comportent pas de pièces mobiles ; le temps de déclenchement est donc considérablement réduit, le rebondissement des contacts n'est pas un facteur, ils durent plus longtemps et ils ne présentent pas de bruit acoustique. Les relais statiques présentent toutefois quelques inconvénients, tels qu'une résistance de contact plus élevée par rapport à un relais mécanique ou une plus grande vulnérabilité face aux dommages causés par des courants de pointe. Si le dispositif de commutation interne est endommagé, le relais est rendu inutilisable.

Les types de sorties laissent généralement les gens perplexes lorsqu'ils regardent les relais statiques. Les sorties peuvent commuter un courant CC, CA ou une combinaison des deux. Lors de la commutation CA, il existe de multiples options, telles que : passage par zéro, commande proportionnelle ou asynchrone. Examinons les différences entre ces types.

Passage par zéro (« synchrone ») : lorsque la tension de commande est appliquée, le relais ne s'active pas tant que la tension de charge ne franchit pas zéro volt. L'image ci-dessous montre la tension de commande CC envoyée à l'entrée, mais la tension de charge CA ne passe pas par la sortie avant la ligne 1, qui représente la première fois où l'onde sinusoïdale franchit zéro volt. La charge ne se désactive pas tant que l'onde sinusoïdale ne franchit pas le zéro pour la première fois après la désactivation de la tension de commande (la ligne 1 représente le point d'activation et la ligne 2 celui de désactivation).

Figure 1 : Relais à passage par zéro (source de l'image : Digi-Key Electronics)

Commande proportionnelle : dans ce cas, la puissance fournie à la charge est directement proportionnelle au signal de commande analogique fourni à l'entrée. Le signal de commande peut prendre différentes formes telles que 0 - 5 V_CC, 4 - 20 mA et 0 - 10 V_CC. Ces sorties de signaux variables sont généralement présentes dans les applications d'éclairage ou de chauffage.

Asynchrone (« instantanée » ou « à déclenchement aléatoire ») : la sortie de ces relais s'active dès qu'une tension est appliquée à l'entrée et se désactive dès que la tension est coupée et que l'onde sinusoïdale atteint zéro.

Pour en savoir sur les relais électromécaniques ou les relais de façon plus générale, consultez l'article de blog Relais mécaniques : aperçu ou regarder la vidéo ci-dessous.