Schéma du circuit du relais à verrouillage : principe de fonctionnement, guide de câblage et conseils de sélection

Concevoir un schéma de circuit de relais à verrouillage est l'une de ces tâches qui semblent compliquées jusqu'à ce que vous compreniez l'idée principale : le relais se souvient de son dernier état sans consommer de courant de bobine continu. La conclusion pratique est simple : une fois que vous avez choisi entre un appareil à simple bobine et un appareil à double bobine, le schéma de câblage devient une conception prévisible à deux boutons que vous pouvez réutiliser dans les compteurs intelligents, le contrôle de l'éclairage et les applications de pile de charge. Dans ce guide, nous décomposons le principe de fonctionnement, montrons des exemples de diagrammes, comparons les relais à verrouillage avec des relais standard et passons en revue les critères de sélection importants en production.

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

Un relais à verrouillage est un relais électromécanique qui maintient ses contacts en position ouverte ou fermée grâce à une structure de verrouillage magnétique, sans nécessiter de courant continu à travers la bobine. Dans un relais sans accrochage standard, la bobine doit rester sous tension pour que les contacts restent en position commutée. En revanche, un relais à verrouillage n'a besoin que d'une courte impulsion pour changer d'état, puis un aimant permanent ou une force magnétique résiduelle maintient cet état.

Du point de vue du concepteur, cela résout trois problèmes à la fois : la consommation d'énergie, la génération de chaleur et le risque de grillage des bobines. Pensez à un compteur intelligent qui fonctionne 24 heures sur 24. Une bobine de relais sans accrochage consommant 150 mW en continu consomme environ 1,3 kWh par an, tandis qu'un relais à accrochage ne consomme presque rien entre les événements de commutation. Sur une durée de vie de dix ans, cette différence s'additionne.

Si vous avez besoin d'un rappel sur le fonctionnement des contacts et catégories de relais, vous pouvez consulter notre article sur comment fonctionne un relais et ses types de contacts .

Comment fonctionne un relais de verrouillage ?

Deux états stables

Un relais à accrochage a deux positions mécaniquement stables. Lorsque la bobine réglée reçoit une impulsion, l'armature se déplace vers la position fermée et le verrou magnétique la maintient dans cette position. Lorsque la bobine de réinitialisation reçoit une impulsion, l'armature recule et le verrou la maintient en position ouverte. Les contacts ne changent pas d'état en cas de coupure de courant car le verrou magnétique ne dépend pas du courant de la bobine.

Conceptions à simple bobine ou à double bobine

La principale décision lors de l’étude d’un schéma de circuit de relais à verrouillage est le type de bobine. Un relais de verrouillage à bobine unique utilise l'inversion de polarité : un fil est positif pour le réglage, négatif pour le réarmement ou inversement. Un relais de verrouillage à double bobine utilise deux bobines indépendantes : une pour le réglage et une pour la réinitialisation. Cela simplifie le câblage lorsque vous n'avez besoin que d'une simple commande push-pull ou lorsque le circuit intégré du pilote n'a qu'une seule sortie par direction.

Pour les conceptions où l'une ou l'autre option est acceptable, le Relais de verrouillage électrique FH31L avec options à simple bobine et à double bobine propose les deux versions dans un encombrement compatible, vous offrant une flexibilité sans refonte de la carte.

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Exemples de schéma de circuit de relais à verrouillage

Câblage de réglage/réinitialisation à double bobine

Dans une configuration à double bobine, la bobine de réglage et la bobine de réinitialisation sont câblées sous forme de branches distinctes du rail positif à la masse. Une pression momentanée sur le bouton de réglage alimente la bobine de réglage et verrouille le relais. Appuyer sur le bouton de réinitialisation alimente la bobine de réinitialisation et libère le loquet.

Câblage d'inversion de polarité à bobine unique

Dans une conception à bobine unique, le réglage et la réinitialisation utilisent la même bobine. Pour changer d'état, vous inversez la polarité de la tension appliquée à la bobine. Une approche typique utilise un pont en H ou deux transistors disposés dans une configuration push-pull. Une impulsion de polarité positive active le relais, tandis qu'une impulsion de polarité inversée le réinitialise. Étant donné que la bobine est la même pour les deux opérations, l'encombrement du PCB est plus petit, mais le circuit de commande est légèrement plus complexe.

Relais de verrouillage piloté par MCU

Lorsqu'un microcontrôleur pilote un relais de verrouillage, vous pouvez utiliser deux broches GPIO avec des transistors pour un périphérique à double bobine, ou un pilote de pont en H pour un périphérique à simple bobine. Étant donné que le relais ne consomme du courant que pendant l'impulsion de commutation, le pilote peut être évalué pour une impulsion courte plutôt qu'une charge continue. Cela rend les circuits pilotés par MCU particulièrement attrayants dans les appareils alimentés par batterie et les systèmes de mesure intelligents où chaque milliwatt compte.

Relais à verrouillage et relais sans verrouillage

Le choix dépend si votre application a besoin d'une fonction de mémoire ou d'un état de sécurité. Si une perte de puissance doit entraîner un état d'arrêt, un relais sans verrouillage est plus sûr. Si l'appareil doit conserver son état et retrouver la position correcte après une coupure de courant, un relais de verrouillage est la meilleure solution.

Comment choisir le bon relais de verrouillage

Tension de bobine

Faites correspondre la tension de la bobine à votre rail d'alimentation. Les valeurs courantes incluent 5 V, 12 V et 24 V. Une bobine nominale de 12 V fonctionnant à 5 V ne se verrouillera pas de manière fiable et une surtension peut endommager l'isolation. Si votre circuit utilise l'inversion de polarité, assurez-vous que le pilote peut fournir proprement des impulsions positives et négatives.

Type de bobine

Le choix entre simple bobine et double bobine dépend de votre circuit pilote. La double bobine offre une logique de contrôle plus simple car le réglage et la réinitialisation sont indépendants. La bobine simple utilise moins de bornes mais nécessite une inversion de polarité, ce qui augmente le nombre de composants du pilote. Pour une conception avec un espace PCB limité, un dispositif à double bobine avec un brochage compact est souvent plus facile à acheminer.

Configuration des contacts

Sélectionnez le formulaire de contact en fonction de votre charge. SPST est le plus simple, mais les structures SPDT et double contact vous permettent de contrôler deux circuits en même temps. Les contacts bifurqués améliorent la fiabilité de la commutation de signaux à faible courant et sont utiles lorsque vous devez commuter à la fois les signaux d'alimentation et auxiliaires à partir d'un seul relais.

Capacités de charge

Le courant de commutation, la tension et le courant d’appel sont tous importants. Les charges résistives sont plus faciles à manipuler que les charges inductives ou capacitives, qui génèrent des transitoires pouvant souder les contacts. Pour une application de 16 A à 20 A avec exigences d'approbation UL et CQC, le Relais à accrochage FH42L avec conformité UL et CQC est une option pratique car elle est testée pour les marchés mondiaux et utilise une disposition de bornes PCB standard.

Relais de verrouillage FH42L 16A/20A avec approbation UL et CQC Certifié UL et CQC, ce relais à verrouillage 16 A/20 A offre une commutation fiable pour les marchés mondiaux. Sa tension de claquage de 5 KV et sa puissance de bobine de 250 mW conviennent aux panneaux de contrôle des maisons intelligentes et des compteurs. Voir le produit →

Dépannage des problèmes courants de relais à verrouillage

• Le relais ne change pas d'état : Vérifiez la tension de la bobine et le pilote. Assurez-vous que la durée de l'impulsion est d'au moins 20 ms à 50 ms pour que l'armature se déplace complètement.
• Le relais ne conservera pas l'état : Inspectez le loquet magnétique. Une impulsion trop courte peut laisser l'armature dans une position intermédiaire, de sorte que le verrou ne s'enclenche pas complètement.
• Contacts collés ou soudés : Réduisez le courant d'appel ou utilisez un matériau de contact adapté à la charge, tel que AgSnO2, qui résiste mieux à l'érosion par arc que les contacts en argent uniquement.
• Bruit ou fausse commutation : Ajoutez des diodes flyback à travers la bobine, en particulier dans les circuits à double bobine, et filtrez les lignes d'alimentation bruyantes avec un petit condensateur près du relais.

Applications où les relais à verrouillage brillent

Les relais à verrouillage sont courants dans les compteurs électriques intelligents car le relais doit rester dans un état donné pendant de longues périodes sans vider le compteur. Ils sont également largement utilisés dans le contrôle de l’éclairage des maisons intelligentes, les piles de recharge, l’automatisation industrielle et les nouveaux systèmes énergétiques. Dans ces environnements, la capacité à maintenir un état sans alimentation continue de la bobine réduit l'auto-échauffement et prolonge la durée de vie de l'assemblage PCB.

Pour les applications de compteurs intelligents et de contrôle d'éclairage, le Relais de verrouillage W30L conçu pour le contrôle des compteurs intelligents et de l'éclairage offre un encombrement compact et un mécanisme de maintien commutable, ce qui en fait un ajustement direct pour les compteurs et les tableaux de commande d'éclairage. Vous pouvez également explorer comment Fanhar prend en charge les applications de compteurs d'électricité intelligents pour voir comment ces composants s'intègrent dans les déploiements de production.

Relais de verrouillage W30L 40A/50A pour compteur intelligent et contrôle de l'éclairage Ce relais à verrouillage gère jusqu'à 50 A avec un encombrement compact et un interrupteur de commande manuel. Il est conforme aux normes UL, TUV et CQC, ce qui en fait un choix direct pour les applications de compteurs et de contrôle d'éclairage. Voir le produit →

FAQ

Q1 : Les relais à verrouillage ont-ils besoin d’une puissance constante ?

Non. Un relais à verrouillage n’a besoin que d’une impulsion pour changer d’état. Après la commutation, le verrou magnétique maintient les contacts en place sans courant de bobine continu, de sorte que la bobine ne consomme aucune énergie lorsque le relais est inactif.

Q2 : Quel est le meilleur : simple bobinage ou double bobinage ?

Cela dépend du conducteur. La double bobine est plus facile à contrôler avec de simples GPIO car la configuration et la réinitialisation sont indépendantes. La bobine unique économise les bornes mais nécessite des circuits d'inversion de polarité, comme un pont en H. Si vous optimisez l'espace du PCB, une double bobine avec une disposition compacte des bornes est généralement pratique.

Q3 : Un relais de verrouillage peut-il échouer en ouverture ou en fermeture ?

Oui. L'usure mécanique, les contacts soudés ou un verrou magnétique défaillant peuvent provoquer les deux modes de défaillance. Une sélection de charge appropriée, un entraînement de bobine adéquat et un relais doté d'une structure de contact robuste aident à prévenir ces pannes.

Q4 : Quelle doit être la durée de l’impulsion de commande ?

Généralement, 20 ms à 50 ms suffisent pour un relais à verrouillage 12 V ou 24 V. Des impulsions plus longues n'endommagent pas le relais mais gaspillent de l'énergie, tandis que des impulsions extrêmement courtes peuvent ne pas déplacer complètement l'armature et entraîner une commutation peu fiable.

Conclusion

Un schéma de circuit de relais à verrouillage est facile à lire une fois que vous savez si l'appareil utilise une ou deux bobines. Une fois que le type de bobine est clair, le câblage suit un modèle prévisible et le travail de conception principal passe à la sélection de la tension de bobine, de la valeur nominale des contacts et des composants de protection appropriés. Pour les compteurs intelligents, le contrôle de l'éclairage et les nouveaux équipements énergétiques, les économies d'énergie et la fiabilité à long terme d'un relais à verrouillage sont difficiles à égaler avec une alternative sans verrouillage.