Electronique - Realisations - Relais statique 001

Electronique > Réalisations > Interfaces > Relais statique 001

Dernière mise à jour : 30/12/2012

Présentation

Un relais statique est un relais qui, contrairement au relais électromécanique, ne comporte aucune pièce mécanique en mouvement. Il présente des avantages et des inconvénients par rapport au relais mécanique, et c'est d'ailleurs pourquoi ces derniers existent toujours (plus de détails à la page Relais). Le montage présenté ici est un relais statique simple qui permet de commuter une charge résistive ou selfique sous la tension secteur de 230 V, à partir d'une source de tension continue comprise entre +5 V et +24 V en guise de commande. Une isolation très correcte est assurée entre la section de commande basse tension et la section de puissance, grâce à la présence d'un coupleur optique de type optotriac. Voir aussi Interface de puissance 5V / 230V 001 et Relais statique 002 prévu pour réseau triphasé.

Avertissements

A lire impérativement avant de continuer. Tout montage alimenté par le secteur présente des risques mortels, si un minimum de bon sens n'est pas respecté. Les montages décrits ici ne possèdent pas de transformateurs d'isolement, et présentent donc un danger supérieur.

Schéma

Le schéma peut être décomposé en deux parties : la section de commande en basse tension située à gauche de l'optotriac MOC3041, et la section de puissance en 230 V située à droite de l'optotriac (séparation marquée par une ligne verticale en pointillée).

Le circuit de commande basse tension

(section à gauche de la ligne verticale en pointillé)
Le circuit peut sembler bien complexe pour alimenter la LED incluse dans l'optotriac, puisque l'on pourrait se contenter d'une simple résistance dont la valeur est calculée en fonction de la tension de commande. Mais cette complexité, somme toute relative, est bien pratique : elle permet de ne point s'occuper de la valeur de la résistance de limitation de courant de la LED, tout surplus de courant lié à une tension trop élevée étant automatiquement absorbé en dehors de l'optotriac, par le transistor Q1. En d'autre termes, le courant circulant dans la LED de l'optotriac est automatiquement régulé, et sa variation reste minime même pour une grande plage de tensions d'entrée, puisque pour une tension d'entrée comprise entre 7 V et 24 V, le courant reste toujours voisin de 20 mA. Notez qu'il est possible d'adopter d'autres types de régulateurs de courant, voir chapitre "Témoin d'une tension continue variable", à la page Alimentation d'une LED.
Simplification possible, voir plus loin.

Le circuit de puissance en 230 V

(section à droite de la ligne verticale en pointillé)
La aussi, ceux qui ont déjà joué avec des triacs (dans des jeux de lumière par exemple) se souviennent sans doute de circuits plus simples. En toute honnêteté, le type de circuit proposé ici fait souvent parler de lui car trouver un descriptif clair (et en français) du rôle donné à chaque composant est une chose, le comprendre en est une autre. Il faut en effet avoir quelques connaissances concernant les problèmes liés à la commande par triacs, de circuits provoquant un déphasage entre le courant et la tension. Il faut aussi avoir une notion de ce qu'est le di/dt et le dv/dt, qui évoquent des variations de courant et de tension en un temps donné (par exemple 150 A/us pour le di/dt et 50 V/us pour le dv/dt). Comme les données nécessaires aux calculs des composants peuvent varier dans de grandes proportions, qu'elles dépendent du type de triac utilisé et de la charge elle-même, il est souvent donné des valeurs types, qu'il convient d'ajuster au plus juste quand on entre dans des réalisations industrielles. Vous ne trouverez pas ici des explications détaillées, pour la simple et bonne raison que je ne suis pas capable d'en donner (je ne maîtrise pas assez bien le sujet).
R4 et C1 - C'est le fameux réseau série RC appelé Snubber, que l'on conseille de placer dès lors que l'on souhaite commander des charges indutives, ou quand le dv/dt max du triac risque d'être dépassé (seuil critique pouvant provoquer un fonctionnement aléatoire ou la destruction du composant). On lit souvent que ce réseau est totalement superflux lorsqu'on commande des lampes à incandescence, ce qui est vrai la plupart du temps, surtout quand il ne s'agit pas de commander en même temps 10 lampes de 100 W. La valeur de R4 est généralement comprise entre 33 ohms et 1200 ohms, et la valeur de C1 est généralement comprise entre 22 nF et 220 nF. Ce réseau RC peut aussi être supprimé si vous employez des triacs dit "snubberless", tel le BTA08-400.
R5, R6 et C2 - Circuit tiré des notices constructeur elles-mêmes, je n'invente rien. Si on se contente de commander une charge résistive, R6 est remplacée par un strap et C2 n'est pas câblé. La valeur de R6 et C2 dépend de la sensibilité du triac. Pour des triacs sensibles (courant de gachette inférieurs à 15 mA), R6 vaut par exemple 2400 ohms et C2 vaut 100 nF. Pour des triacs classiques (courant de gachette compris entre 15 mA et 50 mA), R6 vaut par exemple 1200 ohms et C2 vaut 220 nF. Bien entendu, il ne s'agit que d'un ordre de grandeur, et vous trouverez sans doute dans tel ou tel autre montage, des valeurs différentes. Telles que 3300 ohms et 47 nF, n'est-ce pas.
Simplification possible, voir plus loin.

Rôle de la résistance R3

En toute franchise, je n'ai jamais su exactement pourquoi il y avait une résistance à cet endroit, résistance qu'on trouve dans certains exemples d'application et pas dans d'autres. Quand on la trouve, elle a une valeur généralement comprise entre 330 ohms et 10 kO, et dans certaines notes le fabricant de l'optotriac précise qu'elle est facultative, sans en dire plus. A mon humble avis, elle permet de limiter le risque d'enclenchement parasite du triac en maintenant la gâchette à une tension de référence proche de celle de sa terminaison MT1 (A1), et doit être liée au courant de fuite de l'opto-triac et à la sensibilité du triac. Si cette théorie est bonne, la résistance en question serait plus conseillée pour les applications avec triac sensibles. Lors de mes essais (de courte durée), je n'ai constaté aucune différence avec et sans et avec les triacs testés. J'ai décidé de la laisser en place.

Simplifications possibles

Le schéma proposé ci-avant peut être simplifié, au détriment toutefois de son "universalité", dont vous n'avez peut-être que faire. Si vous n'avez point besoin de régulation de courant sur la section d'entrée, vous pouvez sans aucun soucis simplifier la partie gauche du montage, en retirant le transistor et la résistance qui assurent la limitation du courant dans la LED d'entrée de l'optotriac. Bien entendu, vous devez dans ce cas donner à la résistance R1, la valeur qui convient à la tension de commande. Et si l'unique ambition que vous souhaitez donner au montage est le pilotage de charges résistives (lampe, convecteur électrique, résistance chauffante d'aquarium ou autre de ce type), vous pouvez alors retirer une grande partie des composants de la section de droite du schéma, comme le montre le schéma suivant :

La diode D1 peut être également omise si aucun risque d'inversion de polarité n'est à craindre.

Tension de commande autre que +5 V

Sur le dernier schéma, la valeur de la résistance R1 montée en série avec la LED de l'optotriac, ici une résistance de 560 ohms, a été calculée pour une tension de commande de +12 V, et en tenant compte de la présence d'une LED supplémentaire (externe). Voici ci-après un petit tableau où sont reportées les valeurs à adopter pour R1 en fonction de la tension de commande, avec ou sans LED externe additionnelle.

Tension de commande	Avec LED externe (2V / 15 mA)	Sans LED externe
+3,3 V	R1 = 10 ohms (1)	R1 = 100 ohms
+5 V	R1 = 100 ohms	R1 = 220 ohms
+9 V	R1 = 330 ohms	R1 = 470 ohms
+12 V	R1 = 560 ohms	R1 = 680 ohms
+15 V	R1 = 750 ohms	R1 = 820 ohms

Nota (1) : résistance R1 = 10 ohms, mais fonctionnement de l'optotriac non garanti à cause d'une tension de commande un peu trop limite pour obtenir un courant suffisant dans les deux LED (externe et optotriac).

Autres optotriacs ?

Vous pouvez aussi utiliser le MOC3021, qui est moins cher que le MOC3041, mais qui ne possède pas de système de détection de passage par zéro de l'onde secteur. Ce qui implique d'éventuels parasites supplémentaires, liés aux commutations On/Off. Les MOC3042 et MOC3043 sont identiques aux MOC3041, mais le courant minimal nécessaire à une commutation sûre du triac est inférieur : 10 mA en entrée suffisent au MOC3042 et 5 mA suffisent pour le MOC3043.

Historique

30/12/2012
- Ajout précisions concernant la résistance R3 dans le schéma 001 d'origine (non simplifié).
14/04/2008
- Première mise à disposition.