Fonctionnement des relais à verrouillage électriques : contrôle par impulsions, types de bobines et applications

Imaginez un contrôleur de lampadaire qui doit mémoriser son état de commutation après une coupure de courant, ou un compteur intelligent qui doit conserver l'état du disjoncteur de charge intact pendant une panne. Un relais conventionnel laisse tomber son armature au moment où la tension de la bobine disparaît, perd l'état du contact et force le système à réapprendre la position au redémarrage. Un relais de verrouillage électrique ne le fait pas. Il reste exactement là où il était, avec un courant de bobine nul, car son circuit magnétique est délibérément construit avec deux positions stables. Cette seule différence de comportement explique pourquoi les relais à verrouillage constituent le choix par défaut dans les compteurs intelligents, le contrôle de l'éclairage, les infrastructures de recharge et de nombreuses autres conceptions de commutation d'alimentation.

Cet article explique le fonctionnement des relais électriques à verrouillage, ce qui différencie les versions à simple bobine des versions à double bobine, quelles spécifications sont réellement importantes et ce que les ingénieurs oublient généralement lorsqu'ils les conçoivent dans un produit.

Qu'est-ce qu'un relais de verrouillage électrique ?

Un relais électrique à verrouillage, également appelé relais bistable ou à impulsions, est un dispositif de commutation électromécanique qui maintient sa position de contact après la mise hors tension de la bobine. Un relais monostable stetard revient à une position de contact par défaut lorsque le courant de bobine s'arrête ; un relais de verrouillage verrouille l'armature dans le dernier état commandé à l'aide d'un aimant permanent ou d'un circuit magnétique de forme spéciale. Une courte impulsion de courant traversant la bobine, généralement des dizaines de millisecondes, suffit à changer l'état.

Les fiches techniques utilisent deux termes importants : ensemble and réinitialiser . Set déplace les contacts en position de fonctionnement ; la réinitialisation les ramène à la position de libération. Lorsque l'impulsion se termine, le relais maintient cette position indéfiniment jusqu'à l'arrivée de l'impulsion suivante.

Relais de verrouillage à bobine unique

Une bobine effectue à la fois le réglage et la réinitialisation. La différence réside dans la polarité de l'impulsion appliquée : une impulsion positive active les contacts et une impulsion négative les réinitialise. Cela simplifie la construction du relais et réduit le nombre de bornes de bobine, mais le circuit de commande doit être capable d'inverser la tension aux bornes de la bobine.

Relais de verrouillage à double bobine

Une conception à double bobine fournit deux bobines distinctes sur le même circuit magnétique. L'activation d'une bobine active le relais ; dynamiser l’autre le réinitialise. Aucune inversion de polarité n'est nécessaire, ce qui simplifie le circuit de commande et convient aux sorties du microcontrôleur qui génèrent uniquement des impulsions positives.

Certaines familles de produits couvrent les deux options sous une seule empreinte. Le FH31L La série, par exemple, est disponible avec une simple bobine ou avec des doubles bobines, de sorte que la même configuration de circuit imprimé peut servir à différentes stratégies de contrôle.

Relais de verrouillage FH31L 80A avec options de bobine simple ou double Ce relais à verrouillage de 80 A prend en charge les configurations à simple et double bobine sur le même encombrement, ce qui en fait un choix flexible pour les compteurs intelligents qui nécessitent une conformité UC2 et une faible consommation en veille. Voir le produit →

Si vous avez besoin d'un rappel plus large sur les modalités de contact et la logique de sélection, notre guide sur fonctionnement des relais, types de contacts et critères de sélection passe en revue les principes fondamentaux.

Comment fonctionne le mécanisme de verrouillage magnétique

La clé est un aimant permanent placé dans le circuit d'armature ou de noyau. Dans une position stable, le flux de l'aimant maintient l'induit contre le noyau et maintient les contacts fermés. Lorsqu'une impulsion de courant traverse la bobine dans la bonne direction, elle génère un flux opposé au flux de l'aimant permanent. Une fois que le flux opposé est suffisamment fort, l'armature se libère et bascule vers l'autre position, où l'aimant la maintient à nouveau, cette fois avec les contacts ouverts. Le courant de la bobine peut alors être supprimé.

C'est pourquoi la bobine n'a besoin d'énergie que pendant la transition. La force de maintien provient de l’aimant et non du courant continu. Dans un relais monostable standard, la force de maintien disparaît avec le courant de la bobine ; dans un relais à accrochage, il est permanent de par sa conception.

La séquence de commutation pratique est courte et déterministe :

1. Le contrôleur applique une impulsion définie avec une amplitude et une largeur suffisantes.
2. L'armature bouge et les contacts changent d'état.
3. La bobine est libérée et l'aimant permanent maintient la nouvelle position.
4. Pour le cycle suivant, une impulsion de réinitialisation (polarité inversée pour un relais à simple bobine ou la deuxième bobine dans un relais à double bobine) rétablit les contacts.

Bobine simple ou Double bobine : lequel choisir ?

Le choix porte rarement sur le relais lui-même. Il s'agit de votre circuit de commande, de votre marge de contrôle et de l'espace PCB.

Pour les tableaux de mesure à espace limité, un relais à bobine unique réduit le routage côté bobine à deux traces. Pour les panneaux industriels multicanaux, un relais à double bobine permet à un API de piloter chaque bobine directement sans se soucier de l'inversion de polarité.

Spécifications clés à évaluer avant d’acheter

Les fiches techniques des relais à verrouillage ressemblent aux fiches techniques des relais standard, mais trois paramètres méritent une attention particulière : la résistance de la bobine, la largeur d'impulsion minimale de réglage/réinitialisation et le matériau des contacts.

Le matériau de contact est l’une des spécifications les plus négligées. L'oxyde d'argent et d'étain (AgSnO2) résiste bien mieux au soudage et à l'érosion par arc que l'argent fin pour les charges lourdes telles que les condensateurs, les pilotes de LED et les moteurs. Si votre charge consomme plusieurs fois son courant permanent à la mise sous tension, choisissez un relais avec des contacts AgSnO2.

UL TUV CQC RoHS REACH

Où les relais de verrouillage électriques sont utilisés

Le comportement bistable des relais à verrouillage correspond directement aux exigences du monde réel.

Compteurs intelligents et équipements de réseau intelligent

Les compteurs intelligents doivent mémoriser l’état de la connexion même en cas de panne du réseau, et ils doivent fonctionner avec une très faible consommation en veille. Le W30L est un exemple de relais à verrouillage conçu spécifiquement pour les applications de compteurs intelligents et de contrôle d'éclairage, avec une option de commande manuelle pour une commande manuelle pendant l'installation.

Relais de verrouillage W30L 40A/50A avec commande manuelle Conçu pour les compteurs intelligents et le contrôle de l'éclairage, ce relais à verrouillage offre une faible consommation en veille, un interrupteur de commande manuel pour l'installation et une certification UL/TUV/CQC, adapté aux applications soucieuses de l'énergie. Voir le produit →

Le compteur ne consomme l'énergie de la bobine que pendant quelques millisecondes par opération de commutation, ce qui maintient l'ensemble du circuit de mesure dans des budgets énergétiques serrés.

Contrôle de l'éclairage et maison intelligente

Les circuits d’éclairage sont souvent commutés à partir de deux emplacements ou plus. Un relais à verrouillage dans un panneau de commande central reçoit de courtes impulsions provenant de boutons-poussoirs ou d'un contrôleur domestique et maintient l'état d'éclairage sans consommation continue de bobine. Les versions à deux contacts peuvent commuter à la fois une ligne sous tension et une ligne neutre, améliorant ainsi la sécurité des installations domestiques.

Nouvelle infrastructure d’énergie et de recharge

Les onduleurs, les systèmes photovoltaïques et les bornes de recharge CA utilisent des relais de verrouillage pour la connexion et la déconnexion de la charge. Les modèles à courant élevé gèrent une commutation de contact de 100 A, 120 A ou même 125 A, ce qui est utile pour les systèmes de distribution d'énergie et de stockage d'énergie.

Pour une commutation à courant plus élevé, le FH21L offre une capacité de commutation de 90 A et constitue un choix représentatif pour la gestion de la charge dans les installations à énergie nouvelle.

Relais de verrouillage FH21L 90A pour la gestion de la charge Avec une capacité de commutation de 90 A et des versions à simple ou double bobine, ce relais conforme au TUV convient à la gestion de charge d'énergie nouvelle et peut s'intégrer à des shunts ou à des transformateurs pour les configurations de mesure. Voir le produit →

Contrôle industriel et puissance des données

Les panneaux industriels utilisent des relais de verrouillage lorsqu'une machine doit mémoriser son état après une interruption de processus. Les alimentations de données les utilisent également pour maintenir la distribution électrique dans une configuration connue après des baisses de tension. Les mêmes avantages en matière de faible consommation d’énergie et de participation de l’État s’appliquent à ces secteurs verticaux. Si le comptage fait partie de votre prochain projet, vous pouvez également consulter notre Présentation de l'application du compteur d'électricité intelligent pour une vue de bout en bout des exigences en matière de relais, de transformateur de courant et de shunt.

Conception de circuits de commande : quatre erreurs courantes

Le relais ne représente que la moitié de la conception. Le circuit de commande détermine si le relais de verrouillage se verrouille réellement.

1. Utilisation d'une simple diode Flyback sur un relais à simple bobine

Une diode flyback à travers la bobine protège le pilote, mais dans un relais de verrouillage à bobine unique, elle tue également l'impulsion de réinitialisation, car la diode conduit dans le sens inverse et court-circuite efficacement l'impulsion négative. Utilisez un pont en H et placez les composants de suppression de manière à ce qu'ils ne bloquent pas l'impulsion de polarité inversée.

2. Ignorer la largeur d'impulsion et le courant minimum

Si l'impulsion est trop courte ou si la tension de la bobine chute, l'induit peut ne pas atteindre la position magnétique stable. Mesurez la tension aux bornes de la bobine, pas au niveau de l'alimentation, et utilisez la largeur d'impulsion minimale de la fiche technique avec une marge de 20 à 30 %.

3. Oublier les appels de contact

Les charges capacitives ou moteur peuvent consommer plusieurs fois leur courant en régime permanent pendant quelques millisecondes. Cet appel se produit exactement au moment où les contacts se ferment et peut souder des contacts légers. Sélectionnez un relais avec un courant nominal de contact supérieur au pire appel d'appel, et non à la charge en régime permanent.

4. Laisser la bobine sous tension

Un relais à verrouillage n'a pas besoin d'un courant de bobine continu. Si un bug du micrologiciel maintient le transistor activé, la bobine peut surchauffer et le flux continu dans une direction peut s'opposer à l'aimant permanent pendant toute la durée de vie du produit. Éteignez toujours l'étage d'entraînement après la largeur d'impulsion requise.

Foire aux questions

Q1 : Un relais de verrouillage électrique consomme-t-il de l'énergie en permanence ?

Non. La bobine consomme du courant uniquement pendant l'impulsion de réglage ou de réinitialisation, généralement pendant des dizaines de millisecondes. Après l'impulsion, un aimant permanent maintient l'induit en position, de sorte que la consommation d'énergie en régime permanent est nulle.

Q2 : Que se passe-t-il si l'impulsion réglée est trop courte ?

L'armature peut commencer à bouger mais ne pas atteindre la position stable opposée. Lorsque l'impulsion se termine, l'aimant permanent ramène l'armature à son état d'origine ou les contacts rebondissent entre les positions. Consultez la fiche technique pour connaître la largeur d'impulsion minimale et ajoutez une marge.

Q3 : Puis-je remplacer un relais standard par un relais à verrouillage sur mon PCB existant ?

Non sans changer le circuit d'entraînement. Un pilote de relais standard qui commute le courant continu dans une direction ne peut pas réinitialiser un relais de verrouillage à bobine unique. Vous avez besoin d'un pont en H ou d'une bobine de réinitialisation séparée. Les valeurs nominales des contacts et la tension de la bobine doivent également correspondre à votre charge et à votre alimentation.

Q4 : Un relais à simple ou à double bobine est-il plus facile à concevoir ?

Pour la plupart des ingénieurs, la double bobine est plus simple car chaque bobine est pilotée par un simple transistor unipolaire et aucune inversion de polarité n'est nécessaire. La bobine unique permet d'économiser de l'espace et des coûts sur le PCB, mais nécessite un pont en H ou un pilote de pompe de charge.

Q5 : Combien de temps un relais à verrouillage peut-il conserver son état sans alimentation ?

Indéfiniment en pratique, tant que les pièces mécaniques et l’aimant permanent conservent leurs propriétés. Les fiches techniques spécifient généralement une durée de vie mécanique de 100 000 à 1 000 000 d'opérations, et la position maintenue est maintenue pendant toute la durée de vie du produit, et non pendant une durée chronométrée.

Les relais électriques à verrouillage résolvent un problème fondamental : comment conserver un état de commutation sans payer une alimentation continue de la bobine. Le principe de fonctionnement est simple : un aimant permanent et une impulsion courte gèrent les deux positions stables, mais les détails du type de bobine, de la largeur d'impulsion, du matériau de contact et de la topologie du variateur déterminent si le produit est fiable pendant des années ou tombe en panne au cours du premier mois. Commencez par la charge, puis remontez jusqu'au pilote de bobine et vérifiez chaque paramètre sur la fiche technique à votre température de fonctionnement.

Fanhar fabrique une large gamme de relais électriques à verrouillage de 8 A à 125 A, avec des options à simple et double bobine, des certifications UL/TUV/CQC et des matériaux conformes à RoHS. Si vous évaluez une conception spécifique de mesure, d'éclairage ou de nouvelle énergie, les pages de produits de ce site incluent des spécifications détaillées que vous pouvez comparer directement à votre profil de charge.