Relais statiques

  Ci-dessous, des exemples de relais statiques « faits maison » qui peuvent être utilisés à la place de relais mécaniques dans de nombreux circuits de modélisme ferroviaire.

  Cette solution semble idéale dans les applications où de nombreux relais sont nécessaires, et la puissance demandée faible. En raison de leur faible encombrement, de très nombreux relais peuvent être câblés sur une seule carte de circuit imprimé.

  Ces relais sont bâtis autour d´un circuit opto-coupleur 4N33. Ce dispositif intègre en sortie un transistor Darlington et, comme indiqué, on peut l´utiliser seul pour des applications de faible puissance jusqu´à 30 mA. Le second schéma montre une version pour des charges plus élevées jusqu´à 250 mA.

Fonctionnement des relais statiques simples

  Les circuits présentés ci-dessus sont conçus de sorte qu´avec un courant (entrée de contrôle) de 10 mA passant dans la LED, la chute de tension en sortie soit inférieure à 0,3 V pour le courant nominal du circuit.

   Le courant nécessaire pour faire fonctionner ces relais est significativement plus faible que pour des relais mécaniques. De plus, ces dispositifs sont nettement moins chers que les relais classiques dans de nombreux cas puisque les opto-coupleurs coûtent [en France, NdT] moins de 0,8 euro.

   La tension d´alimentation pour les exemples fournis est de 12 V, d´autres valeurs peuvent être utilisées en modifiant la valeur correspondante des résistances dans le circuit. Par exemple, si les tensions sont doublées, il faudra doubler les valeurs de 1 K et 470 ohms, de façon à maintenir les courants dans la LED et la base de Q1 au même niveau.

   Si le transistor 2N3906 est remplacé par d´autres de type Darlington, des courants plus importants peuvent être pilotés, 1 A et plus, mais la chute de tension dans le relais augmente, ainsi que le coût unitaire. La diode D1 en sortie de la figure 2 est une 1N4001, c´est une diode anti-retour nécessaire seulement si on veut piloter une charge inductive, tel qu´un bobinage.


   Le schéma suivant indique une méthode bon marché pour fabriquer des relais multiples pour des courants moyens.

   Le circuit untilise un circuit intégré ULN2003, montage multiple de transistors type Darlington combinés pour courant et tension élevés.

   Le CI est conçu pour avoir des entrés TTL et CMOS entre 5 et 15 V, mais devra fonctionner avec une tension d´entrée propre.

Relais statique multiple

   Deux méthodes de contrôle du CI ULN2003 sont indiquées sur le schéma. La « méthode A » est préférable, et la résistance R1 doit être dimensionnée pour laisser passer environ 1 mA.

   La « méthode B » est bonne mais requiert une diode supplémentaire pour compenser la chute de tension à travers le transistor de l´opto-coupleur quand il est conducteur. Sans cette diode, le transistor incorporé dans l´ULN2003 ne serait pas capable de passer complètement à l´état bloqué. La résistance R2 devra elle aussi être dimensionnée pour conduire environ 1 mA, et il faudra prendre en compte les chutes de tension dans les résistances des étages de commande internes.

  Alors que les circuits auxiliaires de l´ULN2003 demandent seulement un faible courant de contrôle, les opto-coupleurs sans sortie à transistor Darlington, comme le 4N35, peuvent être utilisés.

   Il y a d´autres produits similaires à l´ULN2003, tel l´ULN2803 qui présente huit circuits internes dans un boîtier à 18 broches. D´autres produits fonctionnent avec des tensions plus ou moins hautes et disposent ou non des diodes de protection incorporées dans le boîtier du ULN2003.


   L´un des avantages du relais statique est qu´il ne comporte pas de partie mobile, il est donc très rapide. Ce peut être très utile pour des charges qu´il faut commuter fréquemment car on élimine le bruit du relais mécanique et la maintenance.

   Deux inconvénients de ces types de relais sont qu´il faut trois pattes côté sortie de la version courant fort et qu´on a une chute de tension dans le transistor de sortie. Dans la plupart des applications, la chute de tension n´affectera pas le circuit de charge.

   Les opto-coupleurs sont également disponibles dans d´autres configurations de sorties, et de nombre d´unités par boîtier. Consultez votre catalogue de composants pour avoir des détails. N´hésitez pas à expérimenter, avec ces produits vous pourriez trouver une solution bon marché à de complexes problèmes de relayage.

   Attention: il est à noter que ces circuits, contrairement aux relais mécaniques, sont sensibles à la polarité, et ne supportent pas de grandes pointes de courant qui, par ailleurs, n´affecteraient pas les relais mécaniques. Il faut donc prendre les précautions nécessaires pour les utiliser dans certaines circonstances.


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© Traduction française effectuée par l´équipe technique de "Ptitrain"  : Jean-Marie, JiDé et T.T.T.