Circuit à relais automobile de puissance

Cette carte permet la commande de moteurs à courant continu ou autres dispositifs de puissance pour des applications robotiques, industrielles, automobiles ou d'électronique embarquée.

Présentation

Lors de sa conception, cette carte était destinée à la réalisation d'un banc de test industriel du monde de l'automobile.
Les quarante commandes de puissance nécessaires ont été réalisées avec des relais montés sur supports. Le pilotage est effectué par les sorties logiques d'un PC de mesure avec logiciel de type Labview®. Les relais actionnent des moteurs à courant continu utilisés dans les voitures et réalisent aussi la fonction d'isolement galvanique nécessaire entre un équipement informatique et les organes de puissance.

Autres applications possibles

• Inverseur de courant : en utilisant un relai à contact N.O.-N.C. (5 broches),
• commande de : feux antibrouillard, phares supplémentaires, projecteur 12 volts, sirène, klaxon,
• commande pour moteurs de robot : tondeuse robotisée, robot R2D2, robot d'exploration.

Schéma et conception électrique

Le schéma de la carte est très simple et appel peu de commentaires.

Le relai

La qualité du relai(*) est à choisir en fonction de l'application finale. Le pouvoir de coupure des contacts (en ampères), les temps de monté ou descente des contacts (en milliseconde), le nombre de manoeuvres et la température d'utilisation (°C) sont des paramètres influent directement sur la durée de vie du relai (bobine, mécanique et contacts). Les bornes du relai sont du type « cosse faston 6,35 » mâle.

Le relai utilisé est de forme C et repéré par cinq bornes. La bobine possède les numéros 85 (+) et 86 et les contacts 30 (commun), 87 (NO) et 87a (NC). Voir le brochage et repérage des bornes sur l'illustration suivante.

La réforme orthographique de 1990 a proposé de revenir à la graphie relai (sur le modèle de délai), mais celle-ci ne s'est pas imposée et relais reste malgré tout le plus courant.

Le support du relai

Il peut être livré séparément de ces cosses. Il faudra alors introduire les « cosses faston 6,35 » (modèle à souder sur CI) dans les fentes prévues avant de souder l'ensemble sur le circuit.

Dispositifs de protection

Une diode de roue libre est câblée aux bornes de la bobine (donc attention à la polarisation du câblage). Elle agit comme « absorbeur d'énergie » lors de la dés-alimentation de la bobine, ce qui évite de propager une surtension sur le composant qui pilote le relai (transistor ou contact sec) et limite aussi l'émission de transitoires sur le câble qui relie la sortie logique du PC de mesure vers la carte à relai. Par précaution, il est aussi recommandé de protéger les transistors de sortie de la carte logique du PC. Il faut se renseigner sur l'équipement auprès du constructeur ou de la notice fournie.

Le contact du relai pilotant une charge inductive pourra aussi être protégé par un composant. Si c'est une diode il faudra qu'elle puisse véhiculer le même courant nominal du moteur (ou de la charge d'une façon générale). Un varistor ou un circuit RC (100 ohms plus 0,1 micro-farad par exemple) peuvent convenir dans certains cas.

Le moteur doit aussi être protégé des sur-intensités avec un fusible à insérer dans le circuit de puissance (ce qui protégera aussi le contact du relai).

Fabrication de la carte

Liste des composants électroniques

• 1 diode 1N4005 (D),
• 1 diode MR751^(*) (D2),
• 1 relai automobile 12 V (inverseur) - forme C (RL1),
• 1 support relai 5 broches - forme C version PCB (RL1) plus les 5 cosses,
• 1 bornier 4 points, pas de 5  mm (J1),
• 1 bornier 5 points, pas de 5  mm (J2) à cages en cuivre,
• 1 circuit imprimé REL12 70 à 105  μm, FR4 simple face, vernis face soudure, 40×60  mm.

Le circuit imprimé

L'épaisseur recommandée des pistes en cuivre est de 70 à 105 µm avec une largeur de piste de 2,5 mm minimum pour un courant de 20 ampères. Un étamage suplémentaire des pistes de cuivre peut être nécessaire dans le cas de courants plus importants. Un vernis épargne coté soudures est préférable. Le circuit imprimé est doté de quatre trous de fixation et peut être fixé en position horizontale ou verticale.

Schéma d'implantation

Câblage

Il faudra bien respecter le sens d'implantation des diodes et des connecteurs à cages. Soudez les composants dans l'ordre suivant :

• La diode D1,
• la diode D2,
• les borniers J1 et J2,
• le support du relai.

Fichiers, images et schémas

Les fichiers de fabrication du PCB et CAO-DAO PROTEUS, l'image du typon et du schéma électronique sont disponibles à l'emplacement fichiers/electronique/projets/carterelais12v avec les informations d'exploitation.