Décharge rapide des relais

Près requis, connaissance sur la diode de roue-libre et les relais.
Petite musique de noël pour se mettre dans l’ambiance :


Mise en situation :

Un jour, alors que je travaillais sur des sur un projet avec des relais, le chef vient m’annoncer que les diodes de roue-libre sur les relais, c’est pas bien, c’est le commercial qui lui as dit ! Il faut mettre des diodes Zener !

Simulation :

Ok, là je suis sceptique… Ni une ni deux, je lance mon arme ultime, LTSpice :

Simulation de la décharge de bobine

Voilà la simulation, 3 bobines qui simulent 3 relais, avec les caractéristiques suivante :
r 360Ω, l 100mH.
Les 3 sont alimentés en 24V, et contrôlé par un MOSFET.
La bobine L1 est déchargée via une diode de roue-libre “classique”.
L2 est déchargée via une une Zener 12V.
L3 est déchargée via une Zener de 33V.

Sur le résultat de la simulation, on constate que effectivement, avec une Zener à VCC/2 (choisi arbitrairement), la bobine se décharge en 0,4ms au lieux de 1ms.
Si je choisi une Zener de 33V, la bobine se décharge en 0.3ms.

Explication du phénomène :

Rien de bien sorcier, avec la diode “standard”, quand le circuit s’ouvre et que l’inductance va vouloir évacuer son courant, la diode de roue libre permet de faire boucler l’inductance. L’énergie est dissipée par la résistance interne de l’inductance du relais donc R*I² et par la diode 0,6v*I.
Avec une Zener, l’énergie dissipée par le système de roue-libre est plus important, pour notre cas Vz*I = 12v*I.

Est-ce utile ? :

Bien sur que non !
Pour notre cas, le commercial du relais nous a expliqué que si la bobine du relais se déchargeait plus vite, les contacts se relâchent plus vites, ce qui a pour effet de réduire la duré de l’arc électrique du à la l’ouverture de ces derniers.
La réduction du temps de cet arc, permet de gagner 20% de commutations en plus sur ces relais avant une défaillance.
Si le relais mis en place n’à pas de vocation à commuter souvent (exemple une alarme), ça ne sert pas spécialement.
Sinon 20% de commutation en plus, on peut facilement penser que le relais aura une durée de vie 20% plus longue. Pour des relais chers et/ou des environnements où la maintenance n’est pas facile, cette Zener sera la biens venue.

Pourquoi ne pas mettre une Zener de 1000V ? :

Ben parce que !
En fait, il ne faut pas oublier la fonction première de la diode de roue-libre, qui est de protéger le transistor de commande.
En effet à la fermeture de ce dernier, l’impédance de la bobine va vouloir évacuer son courant coûte que coûte, et générer une surtension.
Sans protection, cette surtension dépasserais le Vds max (MOSFET) / Vce max (bipolaire) du transistor et le casserait.
Dans mon exemple j’utilise un transistor avec un Vds max de 60V.
La surtension théorique est de VCC + Vzener + Vdiode.
En utilisant une Zener avec un Vz = 33V, la surtension serait de 57,6V (si toi aussi tu aimes jouer avec le feu).

Tension aux bornes des transistors

V(n001) Vds diode de roue-libre “classique”.
V(n003) Vds diode de roue-libre Zener Vz = 12V.
V(n001) Vds diode de roue-libre Zener Vz = 33V.
Comme vous pouvez le constater, avec la diode “classique”, il n’y a pas de surtension (courbe verte).
Avec les diodes Zener, les tensions dépassent la tension d’alimentation, il faut donc rechercher un bon compromis surtension / rapidité.

The end :

Voilà tout pour ce retour d’expérience, en espérant qu’il sera utile à d’autre.
N’hésitez pas à partager vos retours dans les commentaires.

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