Guide complet des symboles de relais: bobine, contacts, schémas et applications

Imaginez un interrupteur classique comme un pont-levis que vous relevez à la main. Le symbole d'un relais représente plutôt un pont-levis commandé à distance. Il permet à un signal électronique de faible puissance de commander en toute sécurité une charge électrique de forte puissance.

Savoir lire les symboles de relais est indispensable pour concevoir des circuits avancés. Leur maîtrise permet de dépasser les bases de l'électronique et d'aborder la logique matérielle professionnelle ainsi que la conception de PCB sécurisés.

Dans ce guide, vous apprendrez à:

1. Comprendre la signification d'un symbole de relais dans un schéma

2. Identifier la bobine et les bornes COM, NO et NC

3. Reconnaître les différents types de relais SPST, SPDT, DPDT et SSR

4. Distinguer les normes de symboles IEC et ANSI

5. Lire un symbole de relais étape par étape

6. Associer un symbole de relais à une empreinte PCB

7. Éviter les erreurs courantes de conception PCB liées à la largeur des pistes et aux lignes de fuite

Figure: Passage du symbole schématique d'un relais aux composants physiques montés sur un PCB.

Que représente un symbole de relais dans un schéma?

Figure: Le symbole d'un relais représente le circuit de commande de faible puissance et les contacts commutant une charge de forte puissance.

Le relais comme interrupteur commandé électriquement

Un relais est avant tout un interrupteur commandé électriquement. Son symbole se divise visuellement en deux parties: le circuit de commande et le circuit de commutation.

Le circuit de commande comporte la bobine. Le circuit de commutation contient les contacts métalliques qui ouvrent ou ferment le circuit.

Symbole schématique et implantation physique sur le PCB

Le symbole schématique représente une fonction logique et non la forme physique du relais. Dans un schéma, la bobine et les contacts peuvent être éloignés pour améliorer la lisibilité.

Dans le composant réel, ils sont néanmoins réunis dans le même boîtier. Comprendre la différence entre le schéma du relais et son implantation sur le PCB est essentiel pour la conception CAO.

Isolation électrique dans le symbole d'un relais

L'isolation constitue l'une des principales caractéristiques d'un relais. Sur un symbole standard, les lignes de la bobine ne touchent jamais celles des contacts.

Cet espace représente l'isolation galvanique physique. Il permet à un microcontrôleur sensible alimenté sous 5 V de commander en toute sécurité un appareil secteur sous 240 V sans endommager le circuit logique.

Anatomie d'un symbole de relais: bobine et contacts

Figure: Symbole détaillé d'un relais avec la bobine, les bornes COM, NO et NC et la liaison mécanique en pointillés.

Variantes du symbole de bobine selon les normes IEC et ANSI

La représentation de la bobine dépend de la norme utilisée:

• Norme IEC 60617: bobine généralement représentée par un rectangle
• Norme ANSI/IEEE 315: bobine généralement représentée par une ligne ondulée d'inductance

Dans les schémas modernes, les bobines sont presque toujours accompagnées de désignateurs comme K1, K2 ou RL1 afin de les retrouver facilement dans la nomenclature (BOM).

Bornes COM, NO et NC d'un relais

Le circuit de commutation est défini par trois bornes essentielles:

• COM, commun: entrée principale par laquelle l'alimentation arrive sur le circuit de commutation
• NO, normalement ouvert: contact de sortie déconnecté tant que la bobine n'est pas alimentée
• NC, normalement fermé: contact de sortie connecté tant que la bobine n'est pas alimentée

Liaison mécanique dans le symbole d'un relais

Une ligne en pointillés relie souvent la bobine au contact mobile, également appelé armature.

Cette ligne représente la liaison mécanique. Elle indique que le champ magnétique produit par la bobine actionne physiquement le contact correspondant.

Types de symboles de relais

Les principaux symboles de relais utilisés dans les schémas sont les suivants:

Figure: Symboles de relais SPST, SPDT, DPST, DPDT, bistables et statiques (SSR).

Symbole de relais SPST

Le symbole SPST (Single Pole Single Throw) est le plus simple. Il comporte une bobine et un interrupteur marche-arrêt élémentaire.

Il sert à établir ou interrompre un seul circuit de puissance.

Symbole de relais SPDT

Le relais SPDT (Single Pole Double Throw) est une référence courante dans l'industrie. Sa bobine fait basculer une entrée commune entre deux sorties distinctes, NO et NC.

Le SPDT permet une commutation inverseuse: un appareil est désactivé pendant qu'un autre est simultanément activé.

Symbole de relais DPST

Un relais DPST (Double Pole Single Throw) représente deux interrupteurs SPST indépendants, reliés mécaniquement et commandés par une seule bobine.

Il est fréquemment utilisé dans les applications de sécurité pour isoler simultanément la phase et le neutre d'une charge secteur.

Symbole de relais DPDT

Le symbole DPDT (Double Pole Double Throw) ressemble à deux relais SPDT placés côte à côte.

Une ligne en pointillés relie les deux contacts mobiles à une seule bobine. Un même signal électrique commande ainsi simultanément deux circuits de commutation indépendants.

Symbole de relais à verrouillage bistable et monostable

Un relais à verrouillage conserve mécaniquement son état après la coupure de l'alimentation, ce qui réduit fortement sa consommation d'énergie.

• Bistable: souvent représenté avec deux bobines distinctes, une de mise à l'état et une de réinitialisation
• Monostable à inversion d'impulsion: utilise une seule bobine dont la polarité de l'impulsion détermine l'état

Symbole de relais statique SSR

Un relais statique (SSR) ne comporte aucun contact mécanique mobile. Il offre ainsi une commutation très rapide et une grande endurance.

À la place d'une bobine magnétique, son symbole représente généralement une LED interne d'optocoupleur transmettant de la lumière à travers une barrière d'isolation pour commander un semi-conducteur de puissance.

• Charges AC: la sortie utilise généralement un TRIAC
• Charges DC: la sortie utilise généralement un MOSFET

Avertissement: un SSR à sortie AC utilisant un TRIAC ne fonctionne pas avec une charge DC. Adaptez toujours le type de SSR à la charge afin d'éviter un circuit inopérant ou endommagé.

Symboles des contacts normalement ouverts et fermés

Figure: Circulation du courant dans un relais SPDT lorsque la bobine est désactivée, contact NC, puis activée, contact NO.

Fonctionnement d'un contact normalement ouvert

Dans le symbole d'un relais, le contact normalement ouvert (NO) est représenté par un espace entre le contact mobile et la borne.

Le circuit reste ouvert et aucun courant ne circule lorsque la bobine n'est pas alimentée. Il se ferme et conduit le courant lorsque la bobine est alimentée.

Fonctionnement d'un contact normalement fermé

Le contact normalement fermé (NC) est représenté avec le contact mobile touchant la borne.

Le circuit reste fermé et laisse circuler le courant lorsque la bobine n'est pas alimentée. Il s'ouvre lorsque la bobine est alimentée.

Tableau des états NO et NC

Comment lire le symbole d'un relais dans un circuit?

Figure: Méthode de lecture d'un symbole de relais et du chemin parcouru par le courant.

Une lecture correcte du symbole évite les erreurs de câblage. Suivez cette procédure:

Étape 1: identifier les bornes de la bobine

Repérez les broches de commande, souvent A1/A2 ou les Broches 1/2, qui alimentent l'électroaimant.

Étape 2: repérer la borne COM

Identifiez l'entrée commune principale par laquelle la tension de puissance arrive sur le circuit de commutation.

Étape 3: identifier les contacts NO et NC

Repérez la borne connectée au repos, NC, et celle dont la connexion nécessite l'alimentation de la bobine, NO.

Étape 4: suivre le chemin de commutation

Suivez le trajet logique du courant dans les états non alimenté et alimenté afin de vérifier le fonctionnement du circuit.

Bonnes pratiques pour dessiner les symboles de relais

• Vérifiez toujours la fiche technique avant de finaliser l'association avec l'empreinte
• Identifiez clairement les relais dans le schéma avec des désignateurs normalisés comme K1, K2 ou RL1
• Utilisez des bibliothèques normalisées et vérifiées dans votre logiciel de conception PCB pour éviter les erreurs de brochage
• Ajoutez les circuits de protection, comme un réseau snubber ou une diode de roue libre, à proximité immédiate du symbole

Exemples de symboles de relais dans des circuits réels

Figure: Quatre exemples pratiques: relais de moteur, commande par microcontrôleur, protection par diode de roue libre et barrière d'isolation.

Relais SPST commandant un moteur

• Utilisé pour commuter une puissance élevée
• Un petit interrupteur de tableau de bord envoie 12 V à la bobine, qui ferme les contacts de puissance et actionne le démarreur

Circuit de commande d'une bobine par microcontrôleur

• Un Arduino ou un ESP32 ne fournit pas suffisamment de courant pour commander directement une bobine
• Le schéma utilise un transistor intermédiaire commandé par le microcontrôleur afin d'alimenter la bobine en toute sécurité

Relais protégé par une diode de roue libre

• Circuit de protection indispensable dans les schémas professionnels
• Une diode est montée en polarisation inverse aux bornes de la bobine. Lorsque le champ magnétique s'effondre, l'inversion de polarité rend la diode conductrice et lui permet d'absorber la forte surtension. Cette diode peut légèrement ralentir le temps de relâchement du relais, ce qui doit être pris en compte dans les applications sensibles au temps

Isolation haute tension avec un relais

• Illustre la séparation entre la basse et la haute tension
• Le symbole montre explicitement l'espace physique séparant un circuit domotique sensible sous 3,3 V d'un circuit secteur sous 240 V

Symbole de relais et autres symboles de commutation

Il est essentiel de savoir quand utiliser un relais plutôt qu'un autre composant de commutation. Voici une comparaison rapide:

Comment associer un symbole de relais à une empreinte PCB?

Figure: Passage du symbole logique d'un relais à son empreinte PCB, puis au composant physique soudé.

Symbole logique et empreinte physique

Pour intégrer correctement un relais dans une conception PCB, il faut distinguer la logique de la réalité physique.

Le symbole est logique et organise les broches pour faciliter la lecture. L'empreinte est physique et positionne les pastilles de cuivre selon les dimensions exactes du composant réel.

Exemple d'association d'un relais à 5 broches SRD-05VDC-SL-C

L'intégration réussie d'un relais SPDT à 5 broches exige une méthode rigoureuse:

1. Lire la fiche technique: elle indique cinq broches physiques, dont deux pour la bobine, une COM, une NO et une NC.

2. Vérifier le symbole: assurez-vous que le symbole schématique comporte exactement 5 broches correspondantes.

3. Attribuer l'empreinte: sélectionnez l'empreinte correspondant au pas réel des broches, par exemple une grille standard de 2,54 mm pour la bobine et un espacement supérieur pour les contacts. Une empreinte incorrecte rendra le PCB impossible à assembler.

Règles de routage PCB pour les circuits à relais

Figure: Pistes épaisses pour les courants élevés et rainures d'isolation autour de l'empreinte du relais.

Le routage d'un relais sur un PCB doit respecter des règles strictes afin d'éviter les défaillances graves et les risques pour la sécurité.

Routage des pistes à courant élevé selon IPC-2221

Les contacts de commutation supportant des charges importantes, les pistes reliées aux broches COM, NO et NC doivent être suffisamment larges pour éviter la surchauffe ou la fusion. Les concepteurs utilisent généralement la norme IPC-2221 pour calculer la largeur minimale selon le courant maximal et l'élévation de température admissible. Une règle approximative souvent utilisée est d'environ 1 mm de largeur par ampère avec du cuivre de 1 oz, mais un calcul précis reste indispensable.

Lignes de fuite et distances d'isolement

Pour garantir la sécurité, des distances d'isolement strictes doivent séparer les pistes haute et basse tension. Pour les applications secteur sous 240 V, les normes IEC 60950 ou IEC 62368 spécifient des lignes de fuite minimales, souvent de 6 mm ou plus pour une isolation renforcée. Des rainures peuvent être fraisées dans le PCB afin d'augmenter la distance de fuite en surface.

Réduction des EMI et du bruit de commutation

L'ouverture et la fermeture des contacts physiques produisent des arcs électriques et des surtensions de commutation. Un routage inadapté peut transmettre ces interférences électromagnétiques (EMI) au microcontrôleur et provoquer sa réinitialisation.

Dissipation thermique autour de l'empreinte

La bobine alimentée et les contacts à courant élevé produisent de la chaleur. Prévoyez des zones de cuivre suffisantes autour de l'empreinte afin de faciliter la dissipation thermique.

Erreurs fréquentes de conception PCB avec des relais

• Confusion entre NO et NC: raccordement d'un chauffage à la borne NC, ce qui l'active lorsque le système tombe en panne
• Association incorrecte des broches: absence de correspondance entre le symbole logique et l'empreinte physique, rendant l'assemblage impossible
• Fiche technique ignorée: supposition erronée que tous les relais à 5 broches partagent le même brochage
• Absence de diode de roue libre: omission de la protection entraînant la destruction du transistor de commande
• Mauvaise empreinte: choix d'un petit relais de signal alors que le circuit nécessite un relais de puissance

Fabrication et assemblage de PCB à relais avec JLCPCB

Validation du schéma et préparation de la fabrication

Le passage du symbole schématique au PCB physique exige une procédure de fabrication précise.

Après avoir validé le schéma, générez une nomenclature (BOM) et un fichier de placement des composants (CPL).

Utilisez la bibliothèque de composants JLCPCB pour vérifier rapidement l'association entre le symbole et l'empreinte et éviter les erreurs de brochage avant le routage.

Contraintes d'assemblage des relais

Pour un assemblage automatisé, tenez compte des dimensions et du poids du relais. Les composants lourds peuvent subir des contraintes mécaniques pendant le transport et exigent des joints de soudure fiables.

Les erreurs de câblage et le choix d'une empreinte incorrecte figurent parmi les causes fréquentes de défaillance. La bibliothèque de composants JLCPCB permet de trouver des empreintes vérifiées, comme l'empreinte THT standard à 5 broches, et de les intégrer facilement à la conception.

Lorsque votre projet est prêt, obtenez immédiatement un devis et importez vos fichiers Gerber via les services d'assemblage PCB de JLCPCB afin de garantir un placement précis et une soudure professionnelle des composants.

Intégration fiable des relais avec la fabrication et l'assemblage PCB JLCPCB

Obtenir un devis

• Importer les fichiers Gerber sur JLCPCB
• Sélectionner l'empreinte correcte du composant
• Utiliser les services d'assemblage PCB

FAQ sur les symboles de relais

Conclusion

Le relais constitue le lien entre une logique numérique sensible et une charge physique de forte puissance. Sa capacité à assurer une commutation isolée le rend indispensable dans de nombreuses applications, de la domotique à la commande de moteurs industriels.

Savoir lire le symbole d'un relais SPDT, suivre le courant à travers les contacts NO et NC et comprendre l'importance de l'isolation électrique permet d'intégrer en toute sécurité des circuits de puissance complexes dans un schéma. Ces symboles ne représentent pas seulement des composants, mais également la logique essentielle à la conception d'un PCB fiable.

Avant de commander votre prochain PCB destiné à commander une charge de forte puissance, vérifiez l'association des broches du relais, l'alignement de l'empreinte et les distances d'isolement. Ces points figurent parmi les causes de défaillance les plus fréquentes.