Circuits de commande de relais : Fonction, conception et applications pratiques

Le circuit de commande de relais (relay driver) est un composant électronique que l'on rencontre dans de nombreux circuits et appareils électriques. Les différents types de relais sont particulièrement utiles pour la commutation de charges secteur AC ou le transfert de forte puissance. Non seulement ils sont peu coûteux, mais aussi faciles à utiliser, même pour un débutant.

Aujourd'hui, nous allons apprendre des méthodes simples pour construire un circuit de commande de relais.

Qu'est-ce qu'un circuit de commande de relais ?

Un relais est un interrupteur à commande électrique. Un circuit de commande de relais est un circuit qui pilote un relais, contribuant ainsi au bon fonctionnement du circuit global. Le contact du relais s'ouvre ou se ferme selon les besoins du circuit.

Comment fonctionne un relais ?

Principe de fonctionnement

Voici les points clés pour comprendre le principe :

• Un relais comprend un contact à rappel par ressort et une bobine qui se déplace librement sur un axe pivotant.
• Le pôle central assure que lorsque la bobine reçoit une tension, elle attire le pôle en fer par effet électromagnétique, le connectant au contact NF (Normalement Fermé / NC).
• Lorsque la bobine est déconnectée, le ressort ramène le pôle central vers le contact NO (Normalement Ouvert), position par défaut.

Généralement, les opérations d'ouverture/fermeture alternent entre les contacts NF et NO, selon l'état de la bobine.

Formule de calcul pour la résistance de base du transistor driver

L'expression suivante donne la résistance de base du transistor :

R = (U_s – 0,6) × h_FE / I_bobine

Où :

• R = résistance de base du transistor
• U_s = tension de déclenchement / source vers la résistance de base
• h_FE = gain en courant direct du transistor
• I_bobine = courant de la bobine du relais

On utilise aussi la loi d'Ohm pour le courant de la bobine : I = U_s / R

Comment construire un circuit de commande de relais

Quelques points clés sur le choix des composants :

• Utilisez un 2N4401 pour les relais de faible puissance.
• Un driver Darlington est idéal pour les relais de forte puissance ou nécessitant un faible courant de base.
• L'ULN2003 convient pour commander plusieurs relais ou charges.
• Un MOSFET mode enhancement convient pour le pilotage par logique CMOS.

Brochage typique d'un relais

La configuration des broches dépend du fabricant ; consultez toujours la fiche technique. Généralement :

• NO (Normalement Ouvert) : Se connecte au commun quand la bobine est excitée ; ouvert au repos.
• NC (Normalement Fermé) : Connecté au commun au repos ; s'ouvre quand la bobine est excitée.
• Commun (Pôle central) : Le contact mobile commun.

Circuit de commande de relais AC

Un circuit driver AC nécessite seulement un suppresseur de transitoires et une tension AC adaptée au relais.

Au lieu de diodes pour éliminer les pics de tension, on utilise un réseau RC série en parallèle sur la bobine. La résistance régule la décharge pendant que le condensateur absorbe l'excès de charge.

Composants nécessaires

• Condensateur 0,05 µF
• Source de tension AC
• Relais AC
• Résistance 100 Ω

Précaution : Manipulez avec une grande prudence le secteur direct (prise murale) pour éviter tout choc électrique.

Schéma de circuit

On alimente le relais avec sa tension nominale (ex: 110 VAC pour un relais 110 V). Le réseau RC série supprime les pics de tension. Lorsque le relais reçoit assez de puissance, il s'enclenche et alimente la charge instantanément.

Circuit de commande de relais DC

Pour les relais DC, on utilise une diode Zener (ou diode de roue libre) pour éliminer les pics de tension à l'ouverture/fermeture. La bobine du relais agit comme une inductance.

Composants à préparer

• Diode Zener (ou diode standard 1N4007 en roue libre)
• Source DC (batteries, adaptateur secteur type wall-wart)
• Relais DC avec sa tension nominale

Schéma de circuit

Le relais utilisé est en 9 V. Une source 9 V DC convient. On place une diode Zener inverse en parallèle sur la bobine : au-delà du seuil, elle dérive l'excès vers la masse ; à la tension de claquage, elle conduit. Finalement, quand la puissance est suffisante, le relais ferme et alimente la charge.

Utilisation d'un transistor NPN pour construire un circuit commutateur de relais

Les projets électroniques de commande de relais utilisent souvent des MOSFET et transistors NPN comme dispositifs de commutation principaux, car ils offrent un contrôle rapide OFF/ON des bobines depuis diverses sources d'entrée.

Composants nécessaires

• Résistance – 1 kΩ
• Condensateur – 470 µF
• Transistor NPN – BC548
• Indicateurs LED
• Diode 1N4007

Schéma de circuit

Avantages et applications du circuit de commande de relais

Les avantages incluent :

• Transistors NPN de commande peu coûteux et largement disponibles
• Faible nombre de composants
• Interface facile avec une logique basse tension et fonction d'économie de relais
• Technique de fabrication standard industrielle
• Multiples options d'interface (ex: driver ULN2003)
• Alimentation du relais possible par une tension plus élevée non régulée, réduisant la charge sur le régulateur de tension

Applications :

• Radiateurs (heaters)
• Moteurs
• Lampes

Conclusion

En somme, les circuits de commande de relais facilitent la commutation de charges dans les systèmes électroniques. Ils s'appliquent surtout quand il faut commander plusieurs circuits par un signal unique, ou réguler un circuit par un signal de faible puissance. Savoir concevoir son propre circuit de relais peut s'avérer crucial pour vos opérations. Les exemples donnés devraient vous aider largement.

Si vous avez encore des questions sur les circuits de commande de relais, contactez-nous.