Renforcer la fiabilité de la conception avec les relais Reed

S’il est utilisé correctement, un relais Reed est un dispositif extrêmement fiable. Les contacts du commutateur sont hermétiquement scellés et ne souffrent pas de l’oxydation comme c’est le cas pour un relais électromécanique ouvert. Dans la pratique, les relais sont souvent considérés comme un produit banal et on leur accorde peu d’attention, ce qui les rend parfois vulnérables.

Contenu sponsorisé par Pickering Electronics

Téléchargez ce guide concis pour maximiser la fiabilité de votre conception en utilisant des relais Reed. Les sujets abordés sont les suivants

• Interaction magnétique
• Effets de la température
• Surcharge des contacts
• Commutation « chaude » et « froide ».
• Pourquoi placer une diode sur la bobine d’un relais ?

Pickering Electronics est spécialisée dans la conception de relais Reed hautes performances depuis plus de 50 ans et partage son expertise dans ce guide pour aider les ingénieurs du monde entier à mieux utiliser les relais Reed.

Renforcer la fiabilité de la conception avec les relais Reed

S’il est utilisé correctement, un relais Reed est un dispositif extrêmement fiable. Les contacts de commutation sont hermétiquement scellés, ils ne souffrent donc pas de l’oxydation ou de la contamination comme c’est le cas pour un relais électromécanique ouvert. En pratique, les relais sont souvent considérés comme un produit banal et on y réfléchit peu, ce qui peut parfois les rendre vulnérables. Ce guide vous aidera à maximiser la fiabilité de votre conception.

Surcharge des contacts

Les appels de courant ou de puissance élevés sont la cause la plus grave et la plus fréquente d’endommagement des contacts. Les relais Reed ont des valeurs nominales de courants, de tensions et des puissances maximales spécifiés. La puissance est simplement le produit de la tension aux bornes des contacts ouverts avant la fermeture et du courant instantané à la fermeture des contacts.

Chez Pickering, on ne compte plus le nombre de fois où on nous dit des choses comme « Je ne faisais passer que 5 V à 50 mA vers cette carte logique CMOS », alors que l’utilisateur n’avait absolument pas tenu compte de l’appel de courant dans les nombreux condensateurs de découplage et les microfarads de capacités dispersés sur la carte.

Ne comptez pas uniquement sur la limitation électronique du courant des alimentations pour protéger les contacts des relais. La limitation électronique du courant prend un certain temps pour réagir, et les condensateurs de découplage sont souvent sur la sortie d’une alimentation. Il n’y a rien de mieux que la limitation du courant par des résistances.

Outre les appels de courant dus à la charge des charges capacitives, la décharge des condensateurs peut constituer un problème encore plus important, car le courant n’est souvent limité que par la résistance de l’interrupteur Reed et des pistes du circuit imprimé. Même les condensateurs chargés à des tensions assez basses peuvent provoquer des appels de courant de plusieurs dizaines d’ampères. Et, même si cela ne dure que quelques microsecondes, ces condensateurs peuvent endommager les petits interrupteurs Reed.

 Lorsque les tensions augmentent pour certaines applications, les appels de courant peuvent devenir un problème encore plus important ; par exemple, lors de la décharge des câbles après des tests de résistance à haute tension. L’énergie stockée dans une capacité est égale à ½ CV2 joules, et elle augmente donc avec le carré de la tension. En passant de 10 à 1000 V, l’énergie stockée sera multipliée par 10 000.

Si vous avez déjà eu un contact de relais qui s’est bloqué en position fermée, puis s’est libéré en tapant légèrement dessus, ou si le temps de relâchement a été plus long que prévu, il est plus que probable qu’il s’agisse d’une microsoudure due à un appel de courant.

Commutation « à chaud » et « à froid ».

Les relais Reed ont généralement un courant nominal de maintien plus élevé que leur courant nominal de commutation « à chaud ». La détérioration des contacts se produit généralement lors de la commutation « à chaud » en raison de l’arc qui se forme entre les contacts lorsqu’ils s’ouvrent ou se ferment. Une forte surcharge de courant fera rapidement fondre la zone de contact, provoquant la fusion des deux surfaces, créant ainsi une soudure dure dès que le contact se ferme.

Des surcharges de courant moins sévères provoquent une soudure plus douce ou formeront progressivement une « pointe » sur l’un des contacts et éroderont un « cratère » sur l’autre, selon le sens du courant. Ceux-ci peuvent finir par se verrouiller ensemble. Des arcs peuvent se produire lorsque les contacts s’ouvrent, en particulier lorsque la charge est inductive. Les forces contre-électromotrices des charges inductives doivent toujours être limitées, généralement par une simple diode dans le cas de charges en courant continu, ou par un snubber ou une varistance pour les charges en courant alternatif.

Une façon de réduire ou de supprimer ces problèmes est de commuter « à froid ». Il s’agit d’une technique courante dans l’instrumentation de test, où le stimulus de courant ou de tension n’est appliqué au commutateur qu’après l’actionnement du relais et la fin du rebondissement du contact. De la même manière, le stimulus est supprimé avant l’ouverture du contact. Par conséquent, il n’y a pas d’amorçage d’arc ou de courant de commutation, et le relais a une durée de vie maximale, souvent de plusieurs milliards d’opérations.

Lors du calcul du délai entre l’enclenchement de la bobine du relais et l’application du courant à l’interrupteur, il est important de prendre en compte les effets d’une température ambiante élevée si celle-ci semble susceptible de se produire. Les chiffres relatifs au temps de fonctionnement et au rebond maximum indiqués sur les fiches techniques correspondent à une température ambiante de 25°C. À des températures plus élevées, la résistance de l’enroulement de la bobine augmentera à un taux de 0,4 %/°C, ceci étant le coefficient de résistance du fil de cuivre de la bobine. En conséquence, le courant de la bobine et le niveau du champ magnétique générés pour actionner l’interrupteur Reed diminuent. Ce niveau de commande plus faible augmente légèrement le temps de réponse.

Les chiffres de temporisation indiqués sur les fiches techniques sont généralement assez conservateurs, et donc il est peu probable que cela soit un problème jusqu’à la spécification ambiante normale de 85°C. Cependant, s’il y a un auto-échauffement supplémentaire dans le relais en raison d’un courant de maintien élevé et de la résistance de l’interrupteur (I2R W), il sera nécessaire d’en tenir compte et de prévoir un peu plus de temps avant de faire passer le courant par l’interrupteur.

Si cet article vous a intéressé, Pickering propose un guide technique complet sur l’utilisation des relais Reed. Le contenu du guide comprend le matériel ci-dessus ainsi que les effets de la température, l’interaction magnétique, ainsi que des informations sur les techniques de fabrication uniques de Pickering telles que l’enroulement de bobine sans forme et la construction SoftCenter™. Pour télécharger gratuitement le guide, rendez-vous sur : pickeringrelay.com/techguide-request