Schema relais statique

Lorsqu'il s'agit de mettre sous tension un récepteur tant soit peu puissant et alimenté sur le secteur alternatif délivré par EDF, l'électronicien n'avait souvent d'autre recours que de faire appel au bon vieux relais électromagnétique.

Cet élément qui a largement fait ses preuves et continue une belle carrière dans le domaine industriel, est constitué d'une bobine qui, sous tension, actionne un ou plusieurs contacts, à fermeture ou à ouverture; on devrait d'ailleurs dire contact NO pour normalement ouvert ou contact NC pour normalement connecté = fermé au repos. On trouve donc un circuit de commande peu gourmand en général, qui comprend l'enroulement de la bobine et son circuit magnétique. Le circuit de puissance ensuite, qui comme son nom l'indique, est chargé de véhiculer des intensités plus importantes sous une tension plus élevée que celle que manipulent habituellement les électroniciens. Il en résulte une puissance à commuter non négligeable, qu'un composant comme le transistor que nous utilisons parfois n'est pas capable de mettre en oeuvre (tension inverse trop forte, courant collecteur trop élevé, secteur alternatif, charge selfique, etc.). Dans un relais classique, l'isolement, donc la sécurité est assurée par le couplage magnétique entre la bobine et les contacts. On trouve depuis peu dans le catalogue des revendeurs de matériel électronique un relais de puissance d'un nouveau genre, portant le qualificatif de statique.
Et si on parlait du relais statique ?
Ce genre de relais a parfois la taille d'un vulgaire triac en boîtier TO 220, mais comporte 4 broches. Ce composant totalement statique, donc 100% électronique, est élaboré sans aucune pièce mobile. Il peut couper une intensité de 5A sous une tension de 240V. Son circuit de commande n'absorbe que quelques milliampères. Et son prix d'achat est même plus avantageux que celui d'un relais classique, avec en prime un encombrement minimal et une absence totale de bruit (par exemple, chez SELECTRONIC: S 212S01 SHARP, 12A/240V, boîtier isolé, 49F l'unité). Des modèles plus puissants sont bien entendu disponibles. En outre, ce composant dispose d'une fonction détection de zéro, qui permet au "contact" de ne se fermer que lorsque l'alternance passe près du zéro, gage de non parasitage à chaque commutation.

Commander une charge sur le secteur
schéma de principe
Le triac, un modèle isolé portant sur le schéma de principe la référence BT138F, est chargé de mettre en et hors service une charge quelconque sur le secteur. La puissance de cette charge sera limitée par la mise en place d'une cartouche fusible adaptée notamment à la taille du dissipateur du triac. La gâchette de l'élément de puissance est commandée par la sortie d'un opto-triac, portant la référence MOC 3041, à travers les résistances R7 et R8 de faible valeur. Le condensateur C5 et les éléments R9 et R10 améliorent encore l'antiparasitage de l'ensemble de puissance. Le coupleur optique IC2 sera activé lorsque sa diode émettrice interne, reliée entre les broches 1 et 2 sera sous tension. Ce petit boîtier se charge de piloter la gâchette du triac le plus près possible du passage par zéro de l'onde secteur. Signalons encore que le modèle 3021, compatible broche à broche, ne dispose pas de cette fonction importante.
La commande Marche et Arrêt
Il nous a semblé plus pratique de disposer de commandes Marche et Arrêt séparées. Pour ce faire, une bascule bistable sera mise en oeuvre à partir d'une simple bascule D, non pour ses propriétés habituelles de stockage, mais pour la simplicité d'emploi de ses entrées SET et RESET, chargées à la masse par les résistances R2 et R3. Un poussoir ON valide l'entrée SET (broche 6) et donc la mise à l'état haut de la sortie Q, pilotant à son tour la base du transistor T1. Celui-ci valide ensuite l'opto-triac IC2 et la diode électroluminescente rouge L3, en série, témoignant de la mise sous tension de la charge. Le poussoir OFF s'occupe lui de l'entrée RESET (broche 4) et tout en coupant la charge, active la LED L2 verte reliée à la sortie inversée (broche 2). On peut remarquer le petit condensateur C4, qui, à chaque mise sous tension génère une brève impulsion positive de remise à zéro sur la broche RESET. On assure ainsi la mise hors tension initiale de la charge à chaque nouvelle utilisation du relais statique.
L'alimentation
Il est nécessaire de disposer d'une tension continue et stable d'environ 12V. Le schéma classique transformateur, pont de diodes, condensateurs permet de mener à bien cette tâche. Une pile ou une batterie d'accumulateurs Cd-Ni aurait tout aussi bien pu être employée. La diode L1 témoigne de la présence de cette tension de commande. Le transformateur à picots sera un modèle de faible puissance, et le pont de diode est réalisé au moyen de quatre diodes ordinaires.
Réalisation pratique
L'encombrement de notre module est surtout lié à la taille du circuit imprimé proposé avec son plan d'implantation des composants. Bien entendu, une mise en boîtier isolant est vivement conseillée pour éviter tout contact dangereux avec le secteur. Les poussoirs de commande et les diodes de signalisation seront déplacés sur la face avant. Il convient de veiller impérativement à la bonne section des "pistes de cuivre de puissance" qui relient la charge au triac et au secteur . On pourra par exemple charger ces pistes d'une solide épaisseur d'étain à l'aide d'un fer à souder, ou les doubler d'un fil de cuivre de section suffisante. Ce relais statique surprendra par sa fiabilité et surtout son parfait silence de fonctionnement.
Circuit imprimé
plan d'implantation des composants
Nomenclature Résistances 1/4 W R1: 560  (vert, bleu, marron) R2, R3: 15 k  (marron, vert, orange) R4: 6,8 k  (bleu, gris, rouge) R5: 470  (jaune, violet, marron) R6: 330  (orange, orange, marron) R7: 150  (marron, vert, marron) R8: 220  (rouge, rouge, marron) R9, R10: 180  (marron, gris, marron) Condensateurs C1: 470 µF/63V chimique vertical C2: 100 µF/25V chimique vertical C3: 22 nF plastique C4: 100 nF plastique C5: 2,2 nF/400V non polarisé Semi-conducteurs T1: transistor NPN 2N2222 TRIAC modèle isolé, BT138 F, 12A/600V L1: diode électroluminescente  5 mm jaune (sous tension) L2: diode électroluminescente  5 mm verte (arrêt) L3: diode électroluminescente  5 mm rouge (marche) D1 à D4: diodes redressement 1N4007 Circuits intégrés IC1: double bascule bistable C/MOS 4013 IC2: opto-triac avec détection du zéro MOC 3041 ou TLP 3041 régulateur de tension intégré, 12V positif 7812 Divers support à souder 14 broches support à souder 6 broches transformateur à picots 220/12V 2VA 2 poussoirs miniature à fermeture pour C.I. support porte-fusible + cartouche sous verre 5x20 dissipateur pour triac 2 blocs de 2 bornes vissé-soudé pas de 5 mm


Publie sue Magazine Electronique Pratique N°211 - 2 - 1997

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