Comprendre les différences entre relais à verrouillage et relais sans verrouillage

Les relais restent des composants essentiels dans les systèmes électroniques modernes, permettant le contrôle fiable des circuits dans les applications industrielles, commerciales et grand public. Qu'il s'agisse de systèmes CVC, d'infrastructures intelligentes, d'automatisation industrielle ou de gestion de l'alimentation, les relais constituent un moyen simple et efficace de commuter des charges et d'isoler des signaux de commande. À mesure que les exigences des systèmes évoluent vers plus d'efficacité et de fiabilité, le choix du type de relais approprié est plus important que jamais.

Un relais sans verrouillage ne reste activé que si le courant est continuellement appliqué à sa bobine, tandis qu'un relais à verrouillage conserve sa position même après la coupure de l'alimentation. Du fait de ces principes de fonctionnement distincts, chaque type de relais correspond à des applications spécifiques. Comprendre comment et quand utiliser chaque option permet aux ingénieurs d'optimiser à la fois les performances et la consommation d'énergie de leurs conceptions.

Ces deux types de relais jouent un rôle essentiel dans de nombreux secteurs industriels, et Same Sky propose une large gamme de solutions de relais. Cet article présente leurs principales différences, leurs avantages, leurs limites et des conseils pratiques pour leur mise en œuvre.

Principes de base des relais : un bref rappel

Avant de comparer les types de relais, il est utile de rappeler le fonctionnement des relais électromécaniques. Un relais typique comprend les éléments suivants :

• Une bobine qui génère un champ magnétique lorsqu'elle est alimentée
• Une armature qui se déplace pour ouvrir ou fermer les contacts
• Un ressort qui ramène l'armature à sa position par défaut dans les modèles sans verrouillage

Les configurations de contact varient et incluent les configurations SPST (unipolaire unidirectionnelle) et SPDT (unipolaire bidirectionnelle), permettant une grande flexibilité dans la conception des circuits. Comme les relais reposent sur un mouvement mécanique, la commutation n'est pas instantanée. Plusieurs caractéristiques de temporisation affectent les performances :

• Temps de fonctionnement : délai entre l'excitation de la bobine et le mouvement du contact
• Temps de relâchement : temps requis pour revenir à l'état par défaut après une coupure d'alimentation
• Rebondissement des contacts : fluctuations rapides et brèves pendant la commutation
• Largeur d'impulsion minimum : impulsion la plus courte requise pour actionner le relais de manière fiable

Ces paramètres sont particulièrement importants dans les systèmes à commutation rapide et dans les conceptions utilisant des relais à verrouillage.

Présentation des relais sans verrouillage

Les relais sans verrouillage, également appelés relais monostables, ont un seul état stable et dépendent d'un courant de bobine continu pour rester actionnés. Lorsque l'alimentation est coupée, le ressort interne ramène les contacts à leur position initiale.

Grâce à ce comportement, ces dispositifs constituent un choix judicieux pour les systèmes axés sur la sécurité qui doivent revenir à un état connu en cas de panne de courant. Ils sont également faciles à mettre en œuvre, car le circuit de commande est relativement simple et économique. Cependant, l'alimentation continue de la bobine augmente la consommation d'énergie. Avec le temps, cela peut entraîner une accumulation de chaleur dans la bobine et avoir un impact sur la durée de vie si ce problème n'est pas correctement géré.

Figure 1 : Coupe transversale d'un relais sans verrouillage typique. (Source de l'image : Same Sky)

Présentation des relais à verrouillage

Les relais à verrouillage, ou relais bistables, conservent leur dernier état de commutation sans nécessiter d'alimentation continue. Pour ce faire, ils utilisent un aimant permanent ou un verrou mécanique pour maintenir l'armature en place. Une brève impulsion électrique est utilisée pour changer d'état.

Cette conception offre des avantages significatifs en termes de rendement. Comme la bobine n'est alimentée que brièvement, la consommation en veille est minimisée et les contraintes thermiques sont réduites. Les relais à verrouillage sont particulièrement utiles dans les applications où le maintien de l'état pendant les coupures de courant est critique.

Néanmoins, ces avantages s'accompagnent de compromis. Les circuits de commande sont plus complexes, en particulier pour les conceptions à une seule bobine qui requièrent une inversion de polarité. De plus, les conceptions qui reposent sur des aimants permanents peuvent être sensibles aux surintensités ou aux chocs mécaniques, ce qui peut affecter leur fiabilité.

Figure 2 : Coupe transversale d'un relais à verrouillage typique. (Source de l'image : Same Sky)

Dans les relais à verrouillage, on trouve des conceptions à une bobine et à deux bobines, qui maintiennent toutes les deux leur position sans alimentation continue, mais diffèrent dans leur mode de commande.

• Les modèles à une bobine utilisent une seule bobine pour l'activation et la réinitialisation du relais. Le changement d'état requiert l'inversion de la polarité de la tension appliquée.
• Les modèles à deux bobines utilisent deux bobines distinctes, une pour l'activation et l'autre pour la réinitialisation.

Même si les relais à deux bobines nécessitent des broches supplémentaires et un peu plus d'espace, ils simplifient les circuits de commande en éliminant le besoin d'inversion de polarité.

Comparaison des relais à verrouillage et des relais sans verrouillage

Le Tableau 1 résume rapidement les principales différences entre les deux types de relais.

Tableau 1 : Principales différences entre les conceptions de relais courantes. (Source de l'image : Same Sky)

Meilleures pratiques pour l'intégration fiable des relais

Même les relais de haute qualité requièrent des pratiques de conception appropriées pour garantir leur fiabilité à long terme. Une mise en œuvre réfléchie peut considérablement améliorer les performances et la durée de vie du système.

Pour les relais sans verrouillage utilisant des bobines CC, l'ajout d'une diode de roue libre au niveau de la bobine est essentiel. Cela permet de supprimer les pics de tension générés lors de la désexcitation, protégeant ainsi les dispositifs électroniques environnants. La gestion du courant d'appel est également importante, notamment lors de la commutation de charges capacitives ou magnétisantes, qui peuvent générer d'importantes pointes de courant au démarrage.

Pour les relais à verrouillage, un contrôle précis de l'impulsion d'actionnement est essentiel. Dans les conceptions à une bobine, l'utilisation d'un circuit intégré d'attaque dédié ou d'un pont en H peut simplifier le contrôle et garantir un fonctionnement constant. La temporisation des impulsions doit être gérée avec soin. Des impulsions trop courtes peuvent échouer à actionner le relais, tandis que des impulsions trop longues gaspillent de l'énergie et augmentent les contraintes thermiques. Dans les applications exposées aux vibrations ou aux chocs, des considérations mécaniques supplémentaires peuvent être nécessaires pour éviter toute commutation involontaire.

Les meilleures pratiques générales s'appliquent aux deux types de relais. Elles incluent notamment le déclassement des charges de contact, une gestion thermique adéquate et la sélection de conceptions étanches pour une utilisation en environnements difficiles caractérisés par une humidité élevée ou la présence de poussière.

Choisir le relais approprié pour votre application

Le choix entre relais à verrouillage et relais sans verrouillage commence par une bonne compréhension des exigences du système. Les éléments clés à prendre en compte sont la tension de la bobine, la disponibilité du courant, les caractéristiques des contacts et les conditions environnementales. Un déclassement approprié doit toujours être appliqué afin d'éviter le fonctionnement des composants à leurs limites maximum.

Pour simplifier la sélection, il convient de se poser les questions suivantes :

• Le système doit-il retourner à un état par défaut après une coupure de courant ? Sans verrouillage
• Le relais doit-il conserver son état durant une coupure de courant ? À verrouillage
• La réduction de la consommation en veille est-elle essentielle ? À verrouillage
• La simplicité des circuits de commande est-elle une priorité ? Sans verrouillage

Conclusion

Le choix entre relais à verrouillage et relais sans verrouillage implique de trouver un équilibre entre rendement, complexité de commande et exigences applicatives. Les relais sans verrouillage présentent un fonctionnement simple et un comportement à sécurité intrinsèque, tandis que les relais à verrouillage permettent une consommation d'énergie réduite et la conservation de l'état.

Le portefeuille de produits de Same Sky comprend les deux types de relais, offrant ainsi aux ingénieurs des options flexibles pour répondre à un large éventail de besoins de conception. Ces relais incluent des relais de signalisation pour la commutation de courants de faible niveau et des relais de puissance pour la commutation de courants de haut niveau.