Retrouvez cet article dans : Linux Magazine Hors série 23

Lorsqu’il s’agit de contrôler des équipements haute tension de-puis un PC, il existe plusieurs solutions. La plus courante fait appel aux relais, des éléments électro-mécaniques garantissant une isolation indispensable.

L’article d’introduction à l’électronique présente une utilisation des transistors permettant le contrôle de tensions et de courants importants depuis des lignes TTL comme celles du port parallèle. Lorsqu’il s’agit de faire de même avec un courant alternatif plus important et des tensions mortelles, le transistor montre ses limites. Les prises qui remplissent nos bureaux, nos appartements et nos maisons fournissent une tension alternative de 230 Volts et ce avec parfois de forts ampérages. Pour piloter de telles sources de courant, il faut utiliser un composant électromécanique appelé "relais". D’autres solutions existent comme le Mosfet, thyristor, triac, etc. Mais ce n’est pas le sujet de cet article. Il existe des centaines sinon des milliers de relais différents. Quelques modèles sont présentés en figure 1. Cependant, un relais, quel qu’il soit, repose toujours sur le même principe. Un bobinage alimenté en courant constitue un électroaimant. Alimenté, celui-ci attire un système mécanique mettant en contact des connecteurs et en détachant d’autres. Il s’agit, ni plus ni moins, d’un interrupteur contrôlé par un électroaimant. Cela peut paraître archaïque, mais le relais dispose d’arguments de poids. Parmi les plus intéressants, nous avons celui de l’isolation électrique. Il est quasi impossible que le courant piloté puisse détruire l’électronique de contrôle. Voilà pourquoi les relais ont encore de beaux jours devant eux dans le monde de la domotique et du contrôle d’équipement 230 Volts. Je ne parle même pas du mélodieux cliquetis qu’ils génèrent... Un relais se caractérise en fonction trois principaux éléments :

• Le pouvoir de coupure : C’est la tension et l’intensité du courant maximales que le relais peut couper. Au-delà, un arc électrique peut se former entre les contacteurs. L’isolation n’est plus garantie, ni la coupure du circuit. La figure 2 montre un relais miniature spécifiant une tension de coupure alternative de 125 V et une intensité maximale de 1A. La figure 3 présente un relais affichant clairement des tensions de coupure différentes pour le courant alternatif (VAC) et continu (VDC).
• Le U bobine : C’est la tension à appliquer aux bornes du relais pour qu’il fonctionne. A cette tension, le bobinage interne devient magnétique et commute le ou les contacteurs. Il ne faut, bien sûr, pas dépasser cette tension au risque de faire fondre le bobinage et de détruire le composant. Il existe plusieurs types de relais, les plus intéressants pour nous possèdent un U bobine de 5 V ou 12 V (Le relais en figure 3 précise clairement " Coil " alors que celui en figure 4 indique uniquement " 12 VDC ", mais la confusion n’est pas vraiment possible.
• Le R bobine : Un bobinage présente une résistance qui nous permet de calculer le courant consommé par celui-ci. Cette valeur contrairement aux deux précédentes est rarement spécifiée sur le composant. Elle est donnée à l’achat par le catalogue du détaillant ou dans la documentation constructeur, mais peut également être, tout simplement mesurée au multimètre.

Fig. 1

 Fig. 2

 

Fig. 3

 

Fig.4

Règles de base et calculs

Vous ne pouvez pas, à l’aide de signaux TTL, piloter directement un relais, celui-ci consomme bien trop de courant. On utilisera un transistor pour piloter l’alimentation du bobinage. Bien entendu, qui dit " transistor en commutation " dit " calculs ". Je vous conseille de lire l’article d’introduction à l’électronique si ce n’est déjà fait. Allons-y ! Le montage est donné en figure 5 et le transistor est un NPN BC547B (ß = 200, Vce_sat = 0.2V, Vbe_sat = 0.7V). Ici, inutile d’ajouter une résistance sur le collecteur du transistor, la bobine du relais fait office de résistance. La première chose à calculer est le courant Ic. La loi d’Ohm est là pour cela. Notre U est notre Vcc moins la tension entre le collecteur et l’émetteur avec le transistor en saturation. R est R bobine :

Ic = (Vcc - Vce_sat)/R 
Ic = (12 - 0.2)/R
Ic = 0.045

Calculons maintenant le courant à fournir à la base du transistor pour qu’il sature :

Ib_min = Ic/ß
Ib_min = 0.045 / 200
Ib_min = 0.000225
Ib_sat = Ib_min * 1.5
Ib_sat = 0.000225 * 1.5
Ib_sat = 0.0003375

Enfin, nous avons notre Ib de saturation du transistor, il ne nous reste plus qu‘à calculer la résistance à utiliser sur la base du transistor pour pouvoir piloter l’ensemble depuis, par exemple, un port parallèle :

R = (Ve - Vbe_sat)/Ib_sat
R = (5 - 0.7) / 0.0003375
R = 12740 Ohms

La résistance immédiatement inférieure dans la série E12 est de 12 K Ohms. Nos calculs sont terminés. Notez la présence indispensable d’une diode (1N4004 par exemple). La bobine d’un relais possède un certain nombre de propriétés dont l’inductance. Une fois sous tension, le courant ne s’établit pas immédiatement dans la bobine. Plus dangereux encore, la coupure du courant entraîne une surtension importante qui pourrait détruire le transistor (loi de Lenz). Pour protéger le transistor de cette surtension, la solution consiste à disposer une diode en parallèle sur la bobine. Il arrive que cette diode soit intégrée au relais. Sa connexion devra alors se faire en respectent la polarité. Dans la plupart des cas, le relais ne dispose pas de cette protection et celui-ci pourra être utilisé sans polarité particulière.

Conclusion

Un relais neuf avec une tension de coupure de 250VAC entre 1A et 6A vous coûtera environ 5 euros pièce. Il est possible de récupérer ce type de composants dans des rebuts électriques (minuterie d’éclairage, etc.) ou tout simplement, à moindre coût sur des sites d’enchères en ligne. Dans tous les cas, il vous faudra refaire les calculs donnés en exemple dans cet article en fonction du modèle de relais et des transistors utilisés. Enfin, je conclurais en précisant que la création de montages utilisant des tensions élevées présente un réel danger. Les 230 Volts alternatifs normalisés en France sont mortels. Les risques d’incendies sont également à prendre sérieusement en considération. N’hésitez pas à demander de l’aide dans les groupes USENET comme fr.sci.electronique. Les débutants sont généralement très bien accueillis s’ils respectent la netiquette et font preuve de politesse et de courtoisie.

 

Fig. 5

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