Relais - Kasimashi/Systemes-embarques GitHub Wiki

Relais

Les différents types de relais

Un relais est un dispositif électromécanique ou électronique permettant de commander un circuit électrique à l’aide d’un autre circuit, généralement avec une faible puissance de commande.
Il existe plusieurs types de relais selon leur technologie et leur mode de fonctionnement.

1. Relais électromécaniques (ou relais magnétiques)

Principe :

Ces relais utilisent un électroaimant pour ouvrir ou fermer un contact mécanique.
Lorsque le courant traverse la bobine, un champ magnétique attire un levier qui actionne les contacts.

Avantages :

Bonne isolation galvanique entre commande et puissance.
Capable de commuter de fortes charges (AC ou DC).
Facile à comprendre et à dépanner.

Inconvénients :

Usure mécanique due aux contacts.
Bruit de commutation.
Temps de réponse plus lent (quelques millisecondes).

Applications :

Commande de moteurs, lampes, chauffage.
Automatisme industriel.
Systèmes de sécurité.

2. Relais statiques (ou relais à semi-conducteurs)

Principe :

Ces relais ne comportent aucune partie mobile. La commutation s’effectue grâce à des composants électroniques (triac, thyristor, transistor MOSFET, etc.).

Avantages :

Temps de réponse très court (microsecondes).
Pas d’usure mécanique → durée de vie très longue.
Silencieux et fiables.

Inconvénients :

Prix plus élevé.
Sensibles à la température.
Fuite de courant résiduel possible à l’état bloqué.

Applications :

Commande rapide d’appareils électroniques.
Systèmes nécessitant de nombreuses commutations.
Environnements sensibles au bruit ou aux vibrations.

3. Relais à commande par transistor bipolaire (BJT)

Principe :

Le relais est commandé électroniquement par un transistor bipolaire qui pilote la bobine.
Le transistor agit comme un interrupteur électronique, amplifiant le courant de commande.

Avantages :

Permet de commander un relais avec un microcontrôleur ou un circuit logique (faible courant).
Réduction de la charge sur le circuit de commande.
Facile à intégrer dans des circuits électroniques.

Inconvénients :

Nécessite une diode de roue libre pour protéger le transistor.
Dissipation thermique possible si mal dimensionné.

Applications :

Interfaces entre microcontrôleurs (Arduino, PIC, etc.) et relais.
Commande de charges dans des systèmes embarqués.

4. Autres types de relais

Type de relais	Description	Applications
Relais temporisé	Commutation avec un délai réglable (retard à l’enclenchement ou au déclenchement).	Automatismes, temporisations industrielles.
Relais reed (à lame souple)	Contacts enfermés dans un tube en verre, actionnés par un champ magnétique.	Capteurs de proximité, compteurs, dispositifs de sécurité.
Relais thermiques	Fonctionne selon la dilatation d’un bilame chauffé par le courant.	Protection de moteurs électriques contre les surcharges.
Relais à courant continu / alternatif	Spécialisés selon le type de courant de la bobine et de la charge.	Commande de circuits DC ou AC.

📘 Conclusion

Chaque type de relais possède ses propres caractéristiques adaptées à des applications spécifiques :

Relais magnétique → usage général et forte puissance.
Relais statique → haute vitesse et fiabilité.
Commande par transistor → intégration dans des systèmes électroniques modernes.

Le choix du relais dépend donc de la nature de la charge, du courant de commande, et des conditions d’utilisation.

Commande avec un transistor bipolaire

On applique un signal de commande sur la base du transistor via la résistance. Le transitor fonctionne alors comme un interrupteur qui relie la bobine du relais à la masse. Cette dernière est ainsi parcourue par un courant, le relais est actionné. La diode placée en parallèle de la bobine permet d'éviter de détruire le transitor lors de l'ouverture de ce dernier. On l'appelle "la diode de roue libre".

On applique un signal de commande sur la base du transistor via la résistance. Le transistor fonctionne alors comme un interrupteur qui relie la bobine du relais à la masse. Cette dernière est ainsi parcourue par un courant, le relais est actionné.

La diode placée en parallèle de la bobine permet d'éviter de détruire le transistor lors de l'ouverture de ce dernier. On l'appelle généralement "la diode de roue libre" : cette diode est très importante et ne doit pas être négligée. En effet le pilotage du relais se fait via une bobine : lors du passage d’un 1 logique à un 0 logique à l’entrée du transistor, ce dernier s’ouvre. Or le courant ne peut pas s’annuler immédiatement dans l’inductance. Se créer alors une surtension au niveau du collecteur du transistor qui peut être très élevée et ainsi être au dessus de la tension de claquage Vce max (tension collecteur émetteur maximale préconisée par le constructeur).

Remarque : une fois que le transistor est passant, un courant va circuler dans la bobine du relais. Ce courant est fonction de la tension d’alimentation et la valeur de la résistance série parasite de la bobine. Si ce courant est trop important, la puissance dissipée dans le transistor peut dépasser sa puissance de dissipation et s’en suivra une destruction thermique de ce dernier. Cette puissance est facile à calculer : c’est le produit entre le courant DC statique et la tension VCEsat du transistor. A l’aide des caractéristiques constructeur on peut très simplement déduire l’élévation de température du composant et ainsi vérifier que cela reste acceptable.

Commande de relais à base de transistor MOS

Le principe est identique à notre premier schéma : nous avons enlevé la résistance de base du transistor. La grille d’un transistor MOS n’est pas une jonction (PN), mais peut être considérée dans un premier temps comme un condensateur de faible capacité. Une fois que ce dernier est chargé, aucun courant ne circule dans la grille. C’est un des gros avantages de ce type de transistor contrairement aux bipolaires qui nécessitent un courant de base permanent.

Attention cependant à ce que la tension appliquée sur la commande soit supérieure à la tension Vgs (tension grille source) : sinon le transistor risque de ne pas fonctionner.

Ensuite nous l’avons vu, la grille étant capacitive, un courant important instantané va se créer lors du passage d’un 0 logique à un 1 : si l’organe de pilotage ne possède pas la sortance en courant adéquate, il peut se créer une chute de tension au niveau de la grille et donc un retard de pilotage du relais voire une destruction de l’organe de pilotage. Si le doute persiste il faudra placer une petite résistance de limitation de courant à cet effet.

Types de relais : BBM et MBB

Voici une explication complète et simple des deux modes de commutation des relais.

✅ 1. Break-Before-Make (BBM) — « ouverture avant fermeture »

Principe

Le relais :

ouvre d’abord le contact en cours (Break),
ferme ensuite le nouveau contact (Make).

Conséquences

Les deux circuits ne peuvent jamais être alimentés en même temps.
On évite les courts-circuits et les connexions indésirables.
Il peut y avoir un très court instant sans aucun contact.

Applications

Commutation de signaux,
Multiplexage,
Audio,
Toute situation où un chevauchement serait dangereux.

✅ 2. Make-Before-Break (MBB) — « fermeture avant ouverture »

Principe

Le relais :

ferme d’abord le nouveau contact (Make),
ouvre ensuite l’ancien (Break).

Conséquences

Il y a un chevauchement, c’est-à-dire que les deux circuits peuvent être connectés simultanément pendant un bref instant.
Le signal ou l’alimentation ne coupe jamais.

Applications

Commutation de lignes téléphoniques,
Commutation d’alimentations sans coupure,
Audio haute qualité (éviter les clics),
Toute application où un instant sans contact est interdit.

🧭 Résumé

Type de relais	Ordre des actions	Effet principal
BBM (Break-Before-Make)	Ouvre → Ferme	Pas de chevauchement
MBB (Make-Before-Break)	Ferme → Ouvre	Pas de coupure