Comment construire un relais statique bricolage à l'aide d'un TRIAC

Vous pouvez acheter des modules de relais mécaniques et à semi-conducteurs. Cependant, les relais à semi-conducteurs sont plus récents et coûtent un peu plus cher que les modules de commutation de relais traditionnels que vous utilisez peut-être déjà dans vos commutateurs intelligents de bricolage ou vos projets de domotique.

Dans ce guide, nous allons construire un relais à semi-conducteurs à partir de quelques composants facilement disponibles. Vous pouvez utiliser ces relais statiques DIY dans un environnement de production et dans vos projets de domotique ou d'interrupteurs intelligents.

Relais statique vs relais mécanique: une comparaison rapide

Contrairement aux commutateurs à relais mécaniques, un relais à semi-conducteurs n'a pas de pièces mobiles. Cela revient à comparer un disque dur mécanique et un disque SSD, qui est beaucoup plus rapide et économe en énergie.

De même, un relais à semi-conducteurs (SSR) fonctionne plus rapidement et ne consomme pas d'énergie lorsqu'il n'est pas utilisé ou éteint. Il fonctionne ou s'allume lorsque la tension de déclenchement est fournie par le MCU connecté. Plus important encore, un relais à semi-conducteurs occupe une empreinte moindre et ne fait aucun bruit de cliquetis lorsqu'il est déclenché.

Un relais statique peut également être utilisé pour la commutation de charge inductive. Cependant, vous devez ajouter un circuit d'amortissement au SSR pour éviter d'endommager le TRIAC (triode pour courant alternatif). Cela peut ne pas être nécessaire dans certains TRIACS, tels que le BTA16.

De plus, la construction d'un relais à semi-conducteurs est moins chère que l'achat d'un relais ou la construction d'un module de relais mécanique. Nous en avons construit quelques-uns et les utilisons dans un environnement de production depuis quelques mois. Ils fonctionnent de manière fiable et sans problème à ce jour.

Construction d'un relais statique AC à l'aide d'un TRIAC

Vous pouvez choisir de construire un relais statique monocanal, double canal ou multicanal en fonction de vos besoins. Pour construire un relais statique monocanal, vous aurez besoin des composants suivants :

• Résistance 220 ohms ¼ watt
• Résistance 1K ¼ watt
• BT136 ou similaire TRIAC
• Optocoupleur MOC3021
• Borne à vis
• Connecteur mâle à bande berg à deux broches
• PCB à usage général
• Embase IC 6 broches (en option)
• Dissipateur de chaleur (facultatif mais recommandé pour entraîner des charges plus lourdes)
• LED (en option)
• Fer à souder et soudure

Vous devrez également apprendre à souder, si vous ne l'avez jamais fait auparavant, pour construire ce module de relais à semi-conducteurs DIY.

Étape 1: Soudez les composants sur le circuit imprimé

Procurez-vous la carte PCB à usage général et connectez tous les composants comme indiqué dans le schéma suivant.

Cela devrait ressembler à ceci après avoir assemblé et soudé les composants requis sur la carte.

Étape 2: testez le relais statique

Pour tester le relais statique DIY, vous avez besoin de quelques fils et d'une alimentation 3,3V ou 5V. Vous pouvez utiliser n'importe quelle batterie 3,3 V ou un MCU, tel qu'un NodeMCU, D1 Mini, Arduino Uno, etc., pour fournir la tension de déclenchement requise pour tester le commutateur de relais à semi-conducteurs.

Le test du relais statique et de l'installation implique de traiter avec une alimentation 110V-240V AC. Veuillez continuer uniquement si vous savez ce que vous faites. Cela pourrait être mortel s'il n'est pas fait avec soin.

1. Procurez-vous une carte d'extension et assurez-vous qu'elle n'est pas branchée ou connectée à une prise secteur.
2. Procurez-vous un appareil AC, comme un ventilateur ou une ampoule.
3. Prenez deux fils et connectez-les à votre charge AC, par ex. un ventilateur ou une ampoule.
4. Connectez l'un des fils connectés à la charge CA à la borne à vis du relais statique (T1).
5. Prenez un autre fil et connectez une extrémité à la borne à vis du relais à semi-conducteurs (T2) et l'autre à la prise de la carte d'extension. Cela devrait ressembler au diagramme suivant. Assurez-vous que les connexions sont sécurisées pour éviter les courts-circuits.
6. Connectez maintenant les deux bornes de la batterie 3,3 V ou les bornes 3,3 V et GND du MCU aux broches d'entrée du relais à semi-conducteurs, comme indiqué sur le schéma. Si vous utilisez un MCU, utilisez des fils DuPont. Assurez-vous également que la polarité est correcte, comme indiqué sur le schéma.
7. Branchez la carte d'extension dans l'interrupteur AC et allumez-la.
8. La charge doit s'allumer. Si vous déconnectez l'alimentation 3,3 V des bornes d'entrée du relais statique, la charge doit s'éteindre.

Fonctionnement du relais à semi-conducteurs

Lorsqu'une tension de déclenchement de 3,3 Vor est fournie au relais à semi-conducteurs, la LED interne ou la LED IR de l'optocoupleur s'allume et commence à émettre de la lumière vers le capteur optique connecté aux broches 4 et 6.

En conséquence, la résistance entre la broche 4 et la broche 6 devient faible, ce qui déclenche le TRIAC et allume la charge AC connectée. L'optocoupleur aide à séparer les circuits haute tension et basse tension, protégeant l'Arduino ou le MCU de toute interférence ou dommage.

Étape 3: Associez le relais à semi-conducteurs avec Arduino ou ESP8266

Vous pouvez maintenant connecter le relais à semi-conducteurs à un Arduino ou à un autre MCU. Au lieu de trois fils de connexion pour un relais mécanique, vous n'en avez besoin que de deux pour le SSR: un pour le signal d'entrée (3,3 V) et un autre pour la masse (GND).

En fonction de la charge, vous pouvez choisir des TRIAC à charge plus élevée, tels que le BTA16, avec un dissipateur thermique pour construire des relais statiques pour les charges lourdes (2000W ou plus). N'oubliez pas d'utiliser un circuit d'amortissement si vous allez utiliser le SSR pour la commutation de charge inductive, comme pour un moteur ou une pompe.

Utilisez des relais statiques DIY pour construire des commutateurs intelligents

Vous pouvez utiliser ces modules de relais à semi-conducteurs dans vos projets de maison intelligente. Vous pouvez concevoir des modules de commutation intelligents alimentés par ESP12 avec le relais statique intégré à l'aide de l'outil de dessin électronique Fritzing. Une fois conçu, vous pouvez faire imprimer le PCB auprès d'un fournisseur de services de prototypage/fabrication de PCB ou simplement continuer à utiliser des PCB à usage général.

Vous pouvez utiliser ce relais pour construire un interrupteur intelligent à détection de mouvement ou des commutateurs Wi-Fi et installez-les chez vous ou au bureau. Les appareils intelligents peuvent vous aider à réduire considérablement le gaspillage d'énergie en plus d'être pratiques à utiliser. De plus, vous pouvez également configurer un serveur Home Assistant sur Raspberry Pi pour ajouter de l'automatisation.

Remplacer les relais mécaniques par des relais statiques

Maintenant que vous avez appris à construire des relais statiques, vous pouvez remplacer vos relais mécaniques par un SSR pour une commutation efficace et éviter les bruits de cliquetis. Avec un encombrement moindre par rapport aux relais mécaniques, vous pouvez concevoir et construire des prototypes ou des commutateurs intelligents dans des boîtiers imprimés en 3D beaucoup plus petits pour votre projet de maison intelligente.

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