Relais à semi-conducteurs — types, dispositif et principe de fonctionnement

De nombreux lecteurs, entendant le mot "relais", imagineront certainement une bobine au coeur de laquelle un contact mobile est attiré. Et ce n'est pas du tout surprenant, car à l'origine les relais étaient toujours électromagnétiques, et le mot "relais" est généralement compris comme désignant un dispositif électromagnétique permettant d'ouvrir et de fermer un circuit électrique.

Néanmoins, depuis longtemps, les commutateurs à semi-conducteurs ont été utilisés pour commuter des circuits électriques dans divers domaines de la technologie : transistors, thyristors, triacs. Les progrès des semi-conducteurs et des relais n'ont pas été épargnés.

Malgré le fait que les circuits avec des courants et des tensions importants sont traditionnellement commutés à l'aide de relais électromagnétiques, il est aujourd'hui déjà possible de mettre en œuvre des commutateurs électriques à semi-conducteurs stables et puissants. Ces commutateurs sont des relais à semi-conducteurs ou relais statiques (de l'anglais Solid-state relay, en abrégé SSR).

Ainsi, le relais à semi-conducteur est désormais un dispositif entièrement électronique, sans contact mécanique mobile, qui sert à allumer/éteindre des charges puissantes dans les circuits de puissance en fournissant une basse tension de commande à l'entrée de commande du dispositif électronique.

À l'intérieur du boîtier du relais à semi-conducteurs (à semi-conducteurs) se trouve un circuit de détection qui répond au signal de commande, ainsi qu'une section d'alimentation - l'électronique à semi-conducteurs sur le côté du circuit haute puissance.

De tels relais sont utilisés dans les circuits CC et CA, où ils remplissent les mêmes fonctions que les relais et contacteurs électromagnétiques mécaniques antérieurs, seulement maintenant le problème est résolu sans pièces mobiles dans le circuit de commutation. Ainsi, grâce aux puissants thyristors, triacs et transistors intégrés dans les boîtiers des relais, il est devenu possible de commuter des courants jusqu'à des centaines d'ampères sans recourir à des composants mécaniques.

Par rapport aux relais électromécaniques, les relais à semi-conducteurs ont une vitesse de commutation sûre plus élevée de l'ordre de centaines de microsecondes, tandis que le circuit de commande et le circuit de puissance sont complètement isolés galvaniquement l'un de l'autre (l'isolation par optocouple est généralement utilisée).

Les relais statiques sont capables de supporter une surcharge côté commutation pendant une courte période et de rester en service, ce dont les ancêtres électromécaniques ne peuvent pas se vanter. Dans le même temps, le relais à semi-conducteurs fonctionne en silence, a des dimensions compactes, les contacts ici ne s'oxydent pas (car il n'y a pas de contacts en tant que tels), il n'y a pas d'étincelles, l'appareil ne craint ni la poussière ni les vibrations.

Bien sûr, la résistance du composé semi-conducteur du relais à l'état conducteur n'est pas linéaire et, à des courants commutés élevés, l'appareil a besoin d'être refroidi, mais les avantages chevauchent définitivement ces inconvénients conventionnels. De plus, la durée de vie d'un relais statique se mesure en millions de cycles de commutation.

Les relais statiques sont monophasés ou triphasés, pour une commutation CC ou CA. Les relais de commutation AC ont un capteur de passage par zéro intégré, de sorte que la commutation s'effectue à un courant pratiquement nul, sans endommager l'interrupteur à semi-conducteurs, sans surtensions dangereuses provenant de charges inductives.

Les thyristors ou les triacs servent de commutateurs dans un relais AC, et le champ ou Transistors IGBT… L'alimentation est fournie au circuit de commande directement à partir de la source du signal de commande, et le courant de commande ne dépasse pas quelques milliampères, et le courant de commutation peut être de dizaines ou de centaines d'ampères.

Des relais statiques triphasés non inverseurs et inverseurs sont disponibles. Les relais inverseurs triphasés ont deux entrées de commande et, à la sortie, l'une des phases ne peut pas du tout changer de position.

Par rapport aux démarreurs magnétiques mécaniques encombrants, les relais à semi-conducteurs compacts fonctionnent silencieusement et ne s'usent pas, vous n'avez pas besoin de nettoyer périodiquement les contacts, et pour les charges puissantes, il suffit de fournir au boîtier du relais un bon refroidissement, dans certains cas, le radiateur sauf que l'installation est fournie.

Quant à la production industrielle poussiéreuse et explosive, ici le relais statique s'avère être un véritable sauveur, puisque l'arc de contacts mécaniques est exclu en raison de son absence, et le boîtier étanche du relais ne permettra pas à l'électronique de se salir .

Des relais statiques miniatures dans un boîtier en plastique sont disponibles pour le montage sur circuit imprimé. De tels relais peuvent commuter des courants jusqu'à 2 ampères à une tension secteur de 220-240 volts, par exemple, un ventilateur ou une pompe, une lampe ou même un petit radiateur peuvent être allumés avec un signal numérique de 5 volts provenant d'un capteur, qui est généralement très important pour les bricoleurs amateurs de systèmes domotiques.