Filtre Boucherot
protège les contacts des relais
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Les contacts d'un relais restent toujours près l'un de l'autre et une étincelle peut facilement sauter d'un contact à l'autre.

Le premier relais commande le magnétron d'un four à micro-ondes (via un transfo), les contacts sont brulés et les poussières de métal se sont déposées sur le plastique, le rendant noir. Le second relais sert au grill.

La commande de charges fortement inductives comme des moteurs ou des transfos peut provoquer des étincelles lors du déchenchement (extra-courant de rupture). Une charge inductive fonctionne un peu comme un volant d'inertie et essaie d'empècher les changements de courant. Quand le courant est coupé, la charge va tenter de maintenir le courant de force, ce qui produit une étincelle. Une autre analogie est une rivière qui est brusquement bloquée: il se produit un raz-de marée. En électricité, c'est l'extra-courant de rupture.

Les contacts des relais s'usent à cause des étincelles qui attaquent le métal. Plus les contacts sont usés, et plus il y a d'étincelles, car la coupure devient de moins en moins franche. A la fin, les contacts restent collés ou ne font plus contact: le relais est bon pour /dev/nul.

Les étincelles peuvent être réduites par un circuit tout simple se composant d'un condensateur et d'une résistance (en bleu clair sur le schéma). Le condensateur absorbe la surtention (un peu comme un petit réservoir), tandis que la résistance limite le courant. Un tel circuit n'est pas utilisé dans les fours à micro-ondes (où les fabricants préfèrent que l'appareil ne tienne pas le coup trop longtemps), mais le filtre de Boucherot est utilisé dans les applications industrielles et militaires. On peut évidemment placer un tel filtre dans les montages qu'un réalise soi-même. On peut également l'ajouter quand on remplace un relais brulé.

La valeur de la résistance et du condensateur ne sont pas critiques. On choisira R = 100Ω et C = 0.47µF pour une charge moyenne comme le transfo de haute tension d'un four à micro-ondes. On peut augmenter la valeur de la résistance et réduire celle du condensateur pour de plus petites charges (par exemple un tube fluorescent). Il faut choisir une résistance d'1 watt et un condensateur prévu pour une tension double de la tension de secteur (630V∿ est la valeur standard).

Il y a un faible courant qui circule constamment par le filtre (35mA dans ce cas précis). Il s'agit d'un courant faible et capacitif (courant déwatté). Si cette caractéristique n'est pas acceptable, on pourra placer le filter en parallèle sur la charge et non en parallèle sur les contacts du relais, l'effet est le même.

Diode de roue libre

La bobine du relais est également réactive et sa commande a aussi besoin d'un système de protection. Les relais sont souvent commandés directement à partir de l'électronique, et l'électronique est très sensible à l'extra courant de rupture. On utilise du courant continu dans les modules de commande, ce qui permet l'utilisation d'une diode de roue libre (en jaune) qui a un meilleur facteur de protection.

La diode de roue libre (flywheel) ne doit résister qu'à la tension d'alimentation et l'extra courant de rupture à absorber n'est jamais plus important que le courant dans la bobine. Une petite diode à commutation rapide (1N4148) suffit donc pour la majorité des bobines de relais.

La protection par diode n'est possible que pour les circuits en courant continu. Le filtre de Boucherot peut être utilisé aussi bien en courant continu qu'alternatif.

Diode de roue libre et zener

Mais un solénoïde (relais, commande d'une vanne, d'un injecteur,...) va commuter moins rapidement s'il a une diode de roue libre. En effet, la diode permet le maintient du courant dans la bobine, et donc le maintien du champ magnétique.

Dans des applications où une commutation rapide est nécessaire (ah! les anciennes centrales téléphoniques équipées de milliers de relais...) on va utiliser soit un filtre Boucherot, soit un montage avec diode zener en série avec la diode de roue libre. La diode zener limite le pic maximal de tension et va couper la conduction dès que la tension développée est suffisamment faible pour ne pas produire d'étincelles aux contacts (ou ne pas faire claquer le transistor de commande).

Explication technique: la diode zener produit une chute de tension (par exemple de 24V) au lieu du 0.7V de la diode seule. La tension étant plus élevée, la dissipation est également plus élevée, et l'énergie accumulée dans la bobine est absorbée plus rapidement (elle est absorbée dans la zener). Avec une chute de tension de 0.7V, la dissipation de l'énergie enmagasinée dans la bobine met plus de temps, le courant étant dans les deux cas identique, notament le courant dans la bobine quand te transistor est en conduction.

Le graphique montre la tension aux bornes de la bobine sans protection, avec une diode de roue libre et avec une diode et une zener. T0: tension à laquelle la charge n'est plus maintenue (armature du relais,...). La surface jaune est identique dans les trois cas, c'est l'énergie qui doit être dissipée.


Au lieu d'utiliser une diode zener, certains circuits utilisent une varistance (VDR: voltage dependent resistor) dont la résistance diminue fortement à partir d'une certaine tension. L'utilisation de VDR tend à disparaitre.

Partie d'un schéma de téléviseur Philips, la VDR (indiquée R1043 -U) limite les pics de tension pour éviter les étincelles entre les broches du tube et entre les spires du transfo (sortie trame avec un PCL805).

La différence entre les relais pour alternatif et continu est expliquée ici (courant de bobine). Il y a une différence de construction et on ne peut pas directement utiliser un type de relais à la place de l'autre.

Une autre possibilité pour réduire les pics à la commutation c'est d'utiliser une diode de roue libre couplée à un condensateur et résistance. Quand le transistor se bloque, la diode entre en conduction et charge le condensateur (positif en bas). Quand l'impulsion est passée, le condensateur se décharge dans la résistance.

Ce circuit est utilisé au primaire de transformateurs qui doivent transmettre des impulsions (alimentations à découpage et circuits similaires). Le condensateur et la résistance déterminent l'amplitude maximale du pic de tension, mais cela ne fonctionne que si la fréquence et la durée des impulsions est fixe.

Et pour finir nous comparons les différents systèmes:

Filtre Boucherot
Le plus simple, est utilisé pour de l'alternatif
N'élimine pas complètement l'impulsion

VDR
Simple, peut être utilisé pour de l'alternatif et du continu
Dépertitions de chaleur dans la résistance: n'est utilisé que pour les basses fréquences de commutation

Diode de roue libre
Simple, élimine complètement l'impulsion
Uniquement pour du continu, augmente la durée de conduction du relais

Diode de roue libre avec zener
Détermination précise de l'impulsion maximale
Pertes thermiques dans la zener, n'est utilisé que pour les basses fréquences

Diode de roue libre, condensateur et résistance
Bonne détermination de l'impulsion maximale
Uniquement pour du continu, fréquence et durée de l'impulsion fixes.

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