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Relais à semi-conducteurs : que sont-ils ?

Publié le 24.02.2026
  • SSR (relais statique) :

Dans l'automatisation industrielle, il existe de nombreux types de relais, parmi lesquels on peut citer les relais dits « à « ÉTAT SOLIDE », ou plus communément appelés « SSR » (SOLID STATE RELAY). Pourquoi ce type de relais est-il si recherché et utilisé ? Pour le découvrir, nous devons remonter aux origines historiques de la naissance du « relais électromécanique commun » et comprendre, dans sa fonction primaire et essentielle, son fonctionnement.

UN PEU D'HISTOIRE

Le relais électromécanique commun tel qu'on le connaît aujourd'hui a été inventé au début du XIXe siècle lorsque, en 1825, un inventeur et scientifique américain du nom de Joseph Henry a amélioré et perfectionné le fonctionnement de l'électroaimant de Sturgeon .

Henry exploite en effet le principe découvert par son collègue Sturgeon, à savoir le fait qu'en faisant circuler un certain courant électrique à travers un fil conducteur, celui-ci génère un champ magnétique ; si ce fil est ensuite enroulé en spirale autour d'une barre de fer, le champ magnétique augmente encore , conférant à la barre elle-même une force d' « attraction » vers tout autre objet ferreux. C'est le principe de l'aimant électromagnétique.

Qu'est-ce que Henry fait de plus que son collègue Sturgeon ?

L'amélioration apportée par Henry à ce dispositif inventé par son collègue Sturgeon, n'est autre que l' application d'un fil conducteur recouvert d'une couche isolante, afin de pouvoir juxtaposer (en les faisant même se toucher sans créer de courts-circuits) le plus grand nombre possible de spires enroulées autour du noyau ferreux,  augmentant ainsi de manière exponentielle l'intensité du champ magnétique développé et la force d' « attraction » générée par le noyau ferreux à l'intérieur des spires.

  • Invention du RELAIS ÉLECTROMÉCANIQUE

À ce stade, Henry, observant le comportement de l'aimant, c'est-à-dire sa propriété de développer/générer une force d'« attraction » vers un autre objet constitué d'un matériau métallique conducteur, comprit qu'il était possible d'exploiter cette force pour actionner un autre dispositif mécanique, qui pouvait à son tour activer un circuit électrique commun. Pour ce faire, il fallait une force d'attraction capable de « déplacer » ces deux parties du système (levier + contact), mais cela ne posait pas de problème à Henry, qui avait découvert comment augmenter (en toute sécurité) le niveau de force d'attraction développé par l' aimant.

Une fois le principe compris, il transforma l'idée en réalité. Il approcha de l'aimant (bobine) alimenté par son propre circuit indépendant, une sorte de levier mécanique (armature) qui répondrait à la force d'attraction générée par l'aimant lui-même au moment où il serait alimenté par le courant électrique. À cette « armature », il relia mécaniquement un système de « contact » électrique qui était « fermé » si l'armature qui y était reliée, excitée par la bobine en attraction, déplaçait littéralement le contact du pôle fermé vers le pôle « ouvert », et par conséquent « rouvrait » une fois que la bobine n'était plus alimentée, perdant ainsi sa force d'attraction générée vers  l'armature, ce qui ramenait le contact électrique à sa position initiale de repos. Comme on peut le constater, des termes qui nous sont familiers commencent à apparaître, tels que « BOBINE », « ARMATURE » et « CONTACT ÉLECTRIQUE », c'est-à-dire les noms qui représentent les trois composants fondamentaux du RELAIS commun. Le relais électromécanique a été inventé.

  • Les « inconvénients » des relais électromécaniques classiques

Nous avons vu le principe de fonctionnement du relais électromécanique classique, découvert il y a environ 200 ans par le scientifique américain Joseph Henry :

- un composant (BOBINE) alimenté par un certain courant électrique provenant d'un premier circuit, ferme ou ouvre, à l'aide d'un levier mécanique (ARMATURE), un CONTACT ÉLECTRIQUE qui, à son tour, est traversé/alimenté par un deuxième circuit électrique, capable ainsi de commander électriquement un dispositif qui y est connecté.

De ce contexte, on déduit facilement que le mécanisme, bien que simple dans son fonctionnement, entraîne une usure mécanique considérable, car la partie mobile représentée par l'armature en mouvement peut se casser rarement si le relais est peu utilisé, mais en même temps, elle peut se casser souvent si elle est fréquemment manipulée. Un autre point faible du relais classique est représenté par la solidité de la bobine lors du passage du courant de commande ; si cette dernière est mal calibrée ou si le relais est utilisé fréquemment, ce qui fait circuler beaucoup à l'intérieur de la bobine elle-même, celle-ci peut surchauffer et court-circuiter, interrompant ainsi le fonctionnement de l'ensemble du relais.

  • Relais à ÉTAT SOLIDE (SSR) ; fonctionnement et principale différence avec les relais électromécaniques classiques :
Nous sommes dans les années 60/70 du siècle dernier, lorsque la production industrielle commence à augmenter de manière exponentielle, exigeant toujours plus d'avant-garde au niveau des machines et des technologies appliquées.

Nous sommes dans les années 60/70 du siècle dernier, lorsque la production industrielle commence à augmenter de manière exponentielle, exigeant toujours plus d'avant-garde au niveau des machines et des technologies appliquées.  C'est grâce à la naissance des « transistors » (1947) et des « thyristors » qu'il a été possible de découvrir la commutation électrique en l'absence de pièces mécaniques mobiles. Dans le cas du relais « à semi-conducteurs », en effet, grâce à un « optocoupleur », un courant électrique est transmis et fourni au contact de sortie, mais SANS l'aide d'une partie « mobile » qui ouvre ou ferme le contact de sortie lui-même. Cela permet d'éliminer tout problème lié à l'usure mécanique, car il n'y a pas de pièces mobiles. Cette dernière particularité représente la principale différence entre un relais électromécanique et un relais SSR.

  • Fonctionnement :

Le relais « à semi-conducteurs » est composé essentiellement de 3 parties principales :

- circuit d' entrée 

- circuit d' actionnement

- circuit de sortie

Dans le circuit d'entrée , la tension de commande est appliquée au dispositif, c'est-à-dire la tension qui donne l'ordre d'actionnement au dispositif lui-même ; elle est généralement fournie dans une plage de valeurs allant de 3 volts à 32 volts (CC ou CA).

Le circuit d' actionnement est la partie du circuit qui active le « optocoupleur », qui à son tour active le « transistor » du circuit de sortie.

Le circuit de sortie du relais, constitué d'un transistor, est la partie qui active ou désactive les « alimentations de charge ». Après avoir reçu le signal du circuit d'actionnement, le transistor s'allume, permettant ainsi au courant électrique de circuler sur la charge qui y est connectée via les contacts de sortie du relais.

Plus précisément, on peut affirmer qu'un relais SSR est composé de 3 microcircuits internes définis comme suit :

  • d' « isolation »
  • de « fonction »
  • de « déclenchement »

Le premier circuit, appelé « isolation », isole électriquement les deux côtés du relais, c'est-à-dire le côté commande (de contrôle) du côté charge. Cette fonction garantit l'isolation électrique entre les deux parties. L'isolation de type galvanique du relais est obtenue à l'aide d'une LED ou d'une diode infrarouge pour activer le transistor du côté charge (déclencheur).

Il convient de souligner que les relais SSR de type « CA » peuvent être monophasés et triphasés, s'adaptant ainsi à tous les types de charge.

 

  • DISSIPATEURS : à quoi servent-ils ?

Il convient d'ouvrir une parenthèse sur certains accessoires liés aux relais SSR à ÉTAT SOLIDE. Il s'agit des DISSIPATEURS de chaleur.

Un relais SSR présente en effet de nombreux avantages, comme nous l'avons vu, par rapport à un relais électromécanique classique, tels que : absence d'usure mécanique, courant élevé avec des dimensions réduites, fonctionnement silencieux, absence d'arcs électriques entre les composants internes.

D'un autre côté, cependant, certains inconvénients sont présents, tels que la surchauffe du composant interne semi-conducteur (TRIAC) qui, surtout en présence de charges à forte absorption de courant électrique, a tendance à surchauffer considérablement. Si cette chaleur n'est pas correctement « dissipée », elle peut provoquer la surchauffe du relais lui-même, entraînant sa rupture et/ou même sa fusion.

  • Comment faire alors pour réduire, voire éviter ce problème ?

Il suffit d'appliquer au relais un DISSIPATEUR de chaleur spécial, qui, étant constitué de matériau métallique, a la particularité de dissiper la chaleur du relais lui-même. Souvent, ce dernier composant n'est pas pris en compte dans l'application d'un relais SSR, mais il est bon d'en tenir compte car il augmente considérablement la durée de vie du relais lui-même.

  • Avantages des relais SSR :

Les principaux avantages d'un relais SSR par rapport à un relais électromécanique classique sont les suivants :

- fonctionnement silencieux

- longue durée de vie

- capacités électriques remarquables pour de petites dimensions

- commutations à très haute fréquence ; 1 / 5 millisecondes, contre 15 millisecondes pour un relais électromécanique classique

  • Quand utiliser les relais SSR :

Les relais à « ÉTAT SOLIDE » sont principalement utilisés avec des charges RÉSISTIVES , où une fréquence de commutation élevée et des courants d' appel élevés sont prévus.

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