Circuit de commutation de relais électronique - Commutateurs de relais à canaux NPN, PNP, N et P

Schéma du circuit du commutateur de relais électronique et son fonctionnement

Il existe une variété d'appareils électriques et électroniques qui sont classés comme Sortie Ces appareils sont utilisés pour contrôler ou faire fonctionner un processus physique externe d'une machine ou d'un appareil. Ces périphériques de sortie sont communément appelés actionneurs.

Ces actionneurs convertissent l'énergie électrique en unité physique appelée force, vitesse, etc. Un relais est essentiellement un actionneur binaire à deux états stables. Dans cet article, nous discuterons des détails du circuit de commutation de relais , il conçoit et propose.

Que sont les relais électriques ?

Il s'agit d'interrupteurs électriques de différentes formes, tailles et puissances. Les relais électriques conviennent à presque tous les types d'applications. Les relais peuvent avoir un ou plusieurs contacts dans un seul paquet. Les relais de puissance plus gros sont principalement utilisés pour les applications de commutation de tension secteur ou de courant élevé appelées "contacteurs". Voyons les classements de Relay.

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Les relais électriques sont essentiellement divisés en deux sous-catégories à savoir :

Relais électromécaniques :

Comme leur nom l'indique, les relais électromécaniques sont électro-magnétiques dispositifs. Fondamentalement, il convertit un flux magnétique généré par l'application d'un signal de commande électrique en une force mécanique de traction qui actionne les contacts électriques à l'intérieur du commutateur de relais. La forme la plus simple et la plus courante de relais électrochimiques est constituée d'une bobine d'excitation enroulée autour d'un noyau de fer perméable. Cette bobine d'excitation est aussi appelée circuit primaire.

Les relais électrochimiques sont utilisés en général pour le contrôle électrique et électronique ou circuits de commutation . Ceux-ci sont soit montés directement sur des cartes PCB, soit connectés de manière autonome. En configuration autonome, les courants de charge fonctionnent normalement d'un ampère.

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Construction d'un relais électromécanique

Les relais sont configurés en deux modes, à savoir "Normalement ouvert" ou "Normalement fermé". Une paire de contacts est appelée normalement ouverte (NO) ou contacts d'établissement et un autre ensemble appelé normalement fermé (NC) ou contacts d'ouverture.

Maintenant, dans la position normalement "ouverte", les contacts ne sont fermés que lorsque le courant de champ est "ON". En position normalement "ON", les contacts de l'interrupteur sont tirés vers la bobine inductive. L'une des parties les plus importantes de tout relais électrique est la bobine. Cette bobine convertit le courant électrique en un flux électromagnétique. Ces flux magnétiques sont utilisés pour actionner mécaniquement les contacts des relais. Le plus gros problème avec les bobines de relais est qu'elles sont des "charges hautement inductives". La bobine du relais est généralement constituée de bobines de fil.

Lorsque le courant traverse la bobine, le champ magnétique auto-induit est généré autour d'elle. Lorsque le courant est désactivé dans la bobine, une grande tension contre-électromotrice est produite. Cela est dû à la collision du flux magnétique avec la bobine. La valeur de la tension inverse induite est très élevée par rapport à la tension de commutation. Cette tension est suffisamment capable d'endommager tout dispositif à semi-conducteur tel qu'un transistor, un FET ou un microcontrôleur utilisé pour faire fonctionner le relais.

Remarque : Ces termes “ Normalement ouvert" et "Normalement fermé" ou Les contacts d'établissement et d'ouverture font référence à l'état des contacts électriques lorsque la bobine de relais est "hors tension", c'est-à-dire qu'aucune tension d'alimentation n'est connectée à la bobine de relais.

Un point important à retenir concernant l'utilisation de relais électriques est qu'"il n'est pas conseillé de connecter des contacts de relais en parallèle pour gérer des courants de charge plus élevés". Ex- N'essayez jamais d'alimenter une charge de 10 A avec deux contacts de relais en parallèle ayant chacun une capacité de contact de 5 A.

Les contacts de relais sont construits à l'aide de pièces conductrices qui permettent au courant de les traverser lorsqu'elles entrent en contact. Ils sont conçus comme un interrupteur. Dès que les contacts sont ouverts, la résistance entre les contacts devient très élevée. Il en résulte une condition de circuit ouvert et aucun courant de circuit ne circule dans le relais.

Après un certain temps, les pièces mobiles du relais électrochimique s'useront et tomberont en panne ou les arcs et l'érosion constants peuvent rendre le relais inutilisable. De plus, ils sont électriquement bruyants, les contacts souffrant de rebonds de contact pouvant affecter le circuit électrique auquel ils sont connectés. Pour pallier la difficulté de ce relais, un autre type de relais appelé relais statique a été développé.

Relais statique :

Le relais à semi-conducteurs n'a pas de pièces mobiles. C'est un appareil purement électronique Il n'y a pas de pièces mobiles dans ce type de relais car les contacts mécaniques sont remplacés par des transistors de puissance, des thyristors ou des triacs.

L'absence de toute pièce mobile rend le relais hautement fiable, durable et réduit les interférences électromagnétiques. Cela rend le relais à semi-conducteurs beaucoup plus rapide et précis, par rapport au relais électromécanique conventionnel. Les exigences de puissance d'entrée du relais statique pour le contrôle sont généralement suffisamment faibles pour les rendre compatibles avec la plupart des familles de circuits intégrés.

Comme le dispositif de commutation de sortie d'un relais à semi-conducteurs est un dispositif à semi-conducteur, la tension chute aux bornes de sortie d'un SSR lorsque "ON" est beaucoup plus élevé que celui du relais électromécanique. En règle générale, il se situe entre 1,5 et 2,0 volts. Un dissipateur thermique supplémentaire sera nécessaire pour commuter des courants importants pendant une longue période.

Vous pouvez les utiliser sans avoir besoin d'ajouter des pilotes ou des amplificateurs. Cependant, ils doivent être montés sur une plaque ou un matériau de dissipateur thermique approprié pour empêcher le dispositif à semi-conducteur de commutation de sortie de surchauffer car il s'agit d'un dispositif à semi-conducteur. La conception et le type de circuit de commutation de relais sont assez énormes. On dit qu'un relais commute un ou plusieurs pôles comme un simple circuit de commutation. Chaque pôle de relais a des contacts qui peuvent être lancés de trois manières différentes :

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Différentes manières de lancer un relais :

• Contact normalement ouvert (NO) :Ceci est également appelé établir un contact. Ce contact fermera le circuit lorsque le relais sera activé. Il déconnecte le circuit lorsque le relais est à l'état inactif.
• Contact normalement fermé (NF) :c'est ce qu'on appelle un contact d'ouverture. La fonction est opposée à celle du contact NO. Lorsque le relais est activé, le circuit est déconnecté en conséquence. Lorsque le relais est désactivé, le circuit commence à se connecter.
• Contacts inverseurs (CO) / Double-position (DT) :Ils sont utilisés pour contrôler un contact NO et un contact NF avec une borne commune. Cela signifie qu'ils sont utilisés pour contrôler deux types de circuit. Selon leur type, ils sont appelés "break before make" et "make before break".

Important :

Les relais sont conçus pour deux opérations de base. L'un est destiné aux applications à basse tension et l'autre à la haute tension. Pour les applications basse tension, le relais est conçu pour réduire le bruit de l'ensemble du circuit. Pour les applications haute tension, ils sont principalement conçus pour réduire le phénomène d'arc

Certaines des manières courantes de commuter les relais :

Relais de module d'interface d'entrée-sortie :modules d'E/S) sont un autre type de relais à semi-conducteurs, conçu spécifiquement pour interfacer des appareils tels que des ordinateurs, des microcontrôleurs ou des PIC aux charges et aux commutateurs . Il existe essentiellement quatre types de modules d'E/S disponibles sur le marché.

Il s'agit de la tension d'entrée CA ou CC vers la sortie de niveau logique TTL ou CMOS, et de l'entrée logique TTL ou CMOS vers une tension de sortie CA ou CC. Chacun des modules contient tous les circuits nécessaires pour fournir une interface et une isolation complètes au sein d'un seul appareil. Ils sont disponibles sous forme de modules à semi-conducteurs individuels ou intégrés dans des appareils à 4, 8 ou 16 canaux sur le marché.

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Circuit de commutation de relais NPN :

Un circuit de commutateur de relais NPN typique a la bobine entraînée par un commutateur à transistor NPN. Lorsque la tension de base du transistor est nulle, le transistor sera dans la région de coupure et agit comme un interrupteur ouvert. Dans cette situation, aucun courant de collecteur ne circule et la bobine de relais est désexcitée.

S'il n'y a pas de courant circulant dans la base, aucun courant ne circulera également dans la bobine de relais. Si un grand courant positif est maintenant conduit dans la base pour saturer la région du transistor NPN, le courant commence à circuler de la base à l'émetteur.

Circuit de commutation de relais PNP :

Le circuit de commutation de relais PNP nécessite une polarité différente de la tension de fonctionnement. Il est similaire au circuit de commutation de relais NPN en termes de capacité à contrôler la bobine de relais. Par exemple, la tension collecteur-émetteur doit être négative pour que le type PNP fasse circuler le courant de l'émetteur au collecteur.

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Circuit des commutateurs de relais à canal N :

L'opération de commutation de relais MOSFET est assez similaire à l'opération de commutation de transistor à jonction bipolaire (BJT). La principale différence entre les opérations est que les MOSFET sont des dispositifs fonctionnant en tension. Cependant, la porte est isolée électriquement du canal Drain-Source. Les MOSFET d'amélioration à canal N sont le type de MOSFET le plus couramment utilisé. Une tension positive sur la borne Gate met le MOSFET sur "ON" et une tension négative sur la Gate le rend "OFF". Cela le rend idéal pour le commutateur de relais MOSFET.

Circuit des commutateurs de relais à canal P :

Contrairement au MOSFET d'amélioration à canal N, il fonctionne uniquement avec des tensions de grille négatives. Dans cette configuration, la borne source du canal P est connectée à +Vdd et la borne Drain est connectée à la terre. Les deux sont connectés via la bobine de relais. Lorsqu'un niveau de tension ÉLEVÉ est appliqué à la borne Gate, le MOSFET à canal P sera mis sur "OFF" en conséquence.

Points à garder à l'esprit lors du choix d'un relais adapté :

• Assurez-vous qu'ils disposent d'une bonne protection de la bobine et de la protection des contacts
• Recherchez des relais standard avec des approbations réglementaires
• Optez pour des relais de commutation à grande vitesse
• Choisissez judicieusement le type de contacts
• Assurez-vous qu'il y a une isolation entre le circuit de la bobine et les contacts de votre relais

Comprenons le fonctionnement du circuit de relais avec un exemple :

Supposons que vous ayez besoin d'allumer une ampoule CFL à l'aide d'un interrupteur à relais. Dans ce circuit de relais, nous utilisons un bouton-poussoir pour déclencher un relais 5V, qui à son tour, complète le deuxième circuit et allume la lampe.

Rassemblez les composants suivants pour concevoir le circuit :

• Relais 5V
• Porte-ampoule
• LFC
• Appuyez sur le bouton MARCHE/ARRÊT
• Perf-Board
• Pile 9 V
• Alimentation CA

Un interrupteur MARCHE/ARRÊT typique est ajouté à des fins de commutation du dispositif de relais. Dans le circuit ci-dessus, le relais 5V est alimenté par une pile 9V. Initialement, lorsque l'interrupteur est ouvert, aucun courant ne circule dans la bobine. En conséquence, le port commun du relais est connecté au contact "NO" (normalement ouvert). Par conséquent, la LAMPE restera "OFF".

Lorsque l'interrupteur est fermé, le courant commence à circuler dans la bobine. Ici, le champ magnétique est généré dans la bobine qui attire l'armature mobile en raison de l'induction électromagnétique et le port Com est connecté au contact NC (normalement fermé) du relais. En conséquence, la CFL s'allumera.

Les principaux inconvénients des relais statiques par rapport à ceux d'un relais électromécanique de puissance équivalente sont leurs coûts plus élevés. Seuls les types unipolaires unidirectionnels sont disponibles, les courants de fuite à l'état "OFF" traversent le dispositif de commutation, et une chute de tension élevée à l'état "ON" et une dissipation de puissance entraînent des exigences supplémentaires en matière de dissipation thermique. De plus, les relais d'état vendus typiques ne peuvent pas commuter de très petits courants de charge ou des signaux haute fréquence tels que des signaux audio ou vidéo. Cependant, des commutateurs à semi-conducteurs spéciaux sont disponibles pour ce type d'applications.

Le relais électrochimique ainsi que le relais à semi-conducteurs sont d'une grande importance dans la vie de tous les jours. Vous pouvez choisir l'un d'entre eux en fonction de vos besoins dans l'appareil. Les relais à semi-conducteurs ont un prix initial plutôt élevé et peut-être intimidant par rapport aux relais électromécaniques.

Cependant, le mouvement de ce contact de relais à semi-conducteurs est généré à l'aide de forces électromagnétiques provenant du signal d'entrée de faible puissance. Cela permet de compléter le circuit qui contient le signal haute puissance. Par conséquent, les relais à semi-conducteurs sont supérieurs aux relais électromécaniques. Les relais électromécaniques sont d'une technologie relativement ancienne qui utilise une approche de conception mécanique simple.

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Applications :

Il existe un large éventail d'applications de relais. Certaines des applications les plus courantes sont :

• Le circuit de relais peut être utilisé pour réaliser des fonctions logiques
• Ils fournissent également une logique critique pour la sécurité
• Les relais peuvent être utilisés pour fournir des fonctions de temporisation
• Ils sont utilisés pour contrôler les circuits à courant élevé à l'aide de signaux à courant faible

Dans cet article, nous avons abordé les différents types de relais, leur fonctionnement et ses applications. Maintenant, vous avez une bonne connaissance des relais et de ses fonctions. Après avoir lu cet article, vous pourrez concevoir vous-même un relais sans aucun inconvénient.

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