What is PCB Relay？

Qu'est-ce qu'un relais PCB ?

Les relais PCB (Printed Circuit Board Relays) sont des relais miniatures qui peuvent être montés directement sur un PCB afin d'alimenter et de désalimenter des circuits par le biais de signaux de commande de manière intelligente. Leur fonction principale est de contrôler en toute sécurité des circuits haute tension à l'aide de circuits de faible puissance tout en assurant l'isolation du courant &#8211 un avantage clé que les interrupteurs transistorisés ne peuvent pas remplacer.

Avantages principaux

1. Intégration compacte

Conçu pour les circuits imprimés, il est petit et léger, prend en charge l'installation de processus de trous traversants et convient à la mise en page de circuits imprimés à haute densité.

2.Sécurité électrique

L'isolation physique (séparation des contacts et des bobines) protège le côté commande basse tension des interférences du côté haute tension, réduisant ainsi les risques pour le système.

3.Adaptation souple

Différents types (par exemple, relais de signalisation, relais de puissance, relais à semi-conducteurs, etc.) sont disponibles pour répondre aux différentes exigences en matière de tension/courant.

Caractéristiques des relais du circuit imprimé

1. Capacité de transport de tension/courant élevée

Conçus pour des applications à haute tension (par exemple 220V AC/DC dans le contrôle industriel) et à haute intensité (10A+) afin d'assurer une commutation stable des charges de puissance.
Applications typiques : contrôle des moteurs, systèmes de distribution d'énergie, protection des armoires électriques.

2.Technologie des semi-conducteurs (relais à semi-conducteurs)

Conception sans contact : Commutation électronique par semi-conducteurs (par exemple, MOSFET, thyristors), pas d'usure mécanique et durée de vie plus longue.
Faible interférence : évite les étincelles et le bruit électromagnétique des contacts de relais traditionnels, convient aux équipements électroniques de précision.
Scénarios applicables : commutation à haute fréquence (comme le contrôle des signaux PLC), environnement antidéflagrant.

3.Fonction de déclenchement à retardement

Module de relais temporel intégré, le délai d'action peut être réglé (par exemple 0,1s~10s) pour le contrôle du temps ou la prévention des déclenchements intempestifs.
Exemple : démarrage progressif du moteur, protection tampon en cas de panne de courant.

4.Protection de la température (relais thermique)

Integrated temperature sensor or bimetal to automatically disconnect the circuit when the ambient/load temperature exceeds the threshold value (e.g. 85°C).
Objets de protection : modules de puissance, transformateurs, dispositifs semi-conducteurs de haute puissance.

5.Protection de la fréquence (spécifique au système AC)

Monitors AC frequency (e.g. 50/60Hz) and triggers tripping when abnormal (±5% offset) to prevent equipment damage.
Applications typiques : protection des générateurs connectés au réseau, surveillance de la sortie des onduleurs.

Structure de base Composition

Les relais pour circuits imprimés sont principalement composés des éléments clés suivants :
Bobine électromagnétique : le composant du noyau qui génère un champ magnétique lorsqu'il est alimenté.
Armature (armature) : pièce de fer mobile entraînée par le champ magnétique, qui commande directement l'ouverture et la fermeture des contacts.
Contacts : y compris les contacts normalement ouverts (NO), normalement fermés (NC) et communs (COM), utilisés pour alimenter et couper le circuit.
Mécanisme à ressort/réinitialisation : Ramène l'armature à l'état initial des contacts en cas de coupure de courant.
Culasse :Un cadre magnétiquement conducteur qui concentre le champ magnétique afin d'augmenter le rendement de l'appareil.

Comment fonctionne un relais de circuit imprimé ?

1. Phase d'excitation

Lorsque le circuit de commande applique une tension nominale (par exemple 5V DC/24V DC) à la bobine, un courant passe à travers la bobine.
La bobine génère un champ électromagnétique qui magnétise la culasse et attire l'armature vers le noyau.

2.Action de contact

L'armature entraîne le mécanisme de contact :
Contact normalement fermé (NC) : interrompt la connexion.
Contact normalement ouvert (NO) : connexion fermée.
À ce stade, le circuit de charge est connecté ou coupé (selon la configuration du contact).

3.Remise à zéro

Lorsque la bobine est hors tension, le champ magnétique disparaît et la force du ressort pousse l'armature à se réenclencher.
Les contacts reviennent à leur état initial (NC fermé, NO déconnecté).

Types de circuits imprimés de relais

The “Pole” and “Throw” of a relay are key parameters describing its contact configuration, which directly affects the circuit control capability. The following are common types and characteristics of PCB relays:

1. Unipolaire unidirectionnel (SPST, Single Pole Single Throw)

Structure : 1 jeu de contacts, 1 seule position de conduction (normalement ouverte ou normalement fermée).
Fonction :La forme la plus simple de commutation, un seul circuit peut être alimenté.
Symbole :
┌───────┐
│ ○───┤ (Normally open type)
└───────┘
Applications typiques : commutation d'alimentation, contrôle des LED, et autres scénarios de base on/off.

2. Unipolaire double (SPDT), Unipolaire à double détente)

Structure : 1 jeu de contacts, 2 positions de conduction (normalement ouvert + normalement fermé + borne commune).
Fonction :La borne commune (COM) peut être commutée sur deux circuits indépendants, réalisant ainsi deux contrôles sélectifs.
Symbole :
┌───────┐
│ ○───┤ (COM→NO)
│ ○───┤ (COM→NC)
└───────┘
Caractéristiques :
Deux états : fermé par défaut (NC) ou déconnecté par défaut (NO).
Une brève déconnexion se produit lors de la commutation (Break-before-make).
Applications : commutation de signaux, commande de moteur en marche avant et en marche arrière.

3.Double pôle unidirectionnel (DPST, Double Pole Single Throw)

Structure : 2 groupes de contacts indépendants, chaque groupe de 1 position de conduction (équivalent à deux SPST en parallèle).
Fonction : Commande synchronisée de deux circuits, mais chaque groupe de contacts n'est activé et désactivé qu'une seule fois.
Symbole :
┌───────┐
│ ○───┤ (Contact 1)
│ ○───┤ (Contact 2)
└───────┘
Application :Coupure simultanée de la ligne feu/zéro (par exemple, interrupteur de sécurité), contrôle de la double puissance.

4.Double Pole Double Throw (DPDT, Double Pole Double Throw)

Structure : 2 groupes de contacts, chaque groupe de 2 positions de conduction (équivalent à deux SPDT en parallèle).
Fonction : Commutation indépendante de deux circuits bidirectionnels pour soutenir une logique de commande complexe.
Symbole :
┌───────┐
│ ○───┤ (COM1→NO1)
│ ○───┤ (COM1→NC1)
│ ○───┤ (COM2→NO2)
│ ○───┤ (COM2→NC2)
└───────┘
Caractéristiques :
Peut contrôler deux charges dans le sens avant/arrière en même temps (par exemple, moteur CC à pont en H).
Applications : automatisation industrielle, contrôle des articulations des robots.

Exigences de base pour la conception des relais pour circuits imprimés

Pour garantir la fiabilité et la stabilité à long terme des relais sur les circuits imprimés, la conception doit tenir compte des éléments suivants sélection des matériaux, optimisation de l'agencement, spécifications du processuset protection de l'environnement. Les principes de base de la conception sont décrits ci-dessous :

1. Matériau et épaisseur du circuit imprimé

• Épaisseur du substrat:
• Recommandé : 1,6 mm (standard pour le montage à travers le trou) pour assurer la résistance mécanique et minimiser la déformation de la soudure.
• For high-frequency/high-density applications, 0.8–1.0mm may be used (evaluate bending resistance).
• Type de substrat:
• FR-4 Verre Epoxy: General-purpose, heat-resistant (Tg ≥ 130°C), cost-effective.
• CEM-1/Papier Epoxy: Peu coûteux, il convient aux applications à faible consommation d'énergie.

2.Épaisseur du conducteur (feuille de cuivre)

• Options standard:
• 35μm (1oz): Traces de signaux à faible courant (<2A).
• 70μm (2oz): High-current load paths (e.g., contact circuits, ≥5A) to reduce temperature rise.
• Exigences particulières: For high-current relays (>10A), consider localized copper thickening (e.g., 105μm).

3.Spécifications relatives à la disposition et à l'espacement

• Protection contre les interférences électromagnétiques (EMI):
• Maintenir les bobines de relais au moins 5mm de distance des composants sensibles (par exemple, MCU, puces ADC).
• Maintenir ≥2.5mm spacing entre les contacts haute tension et les traces de contrôle basse tension (250V AC).
• Gestion thermique:
• Évitez de placer le produit à proximité de composants générateurs de chaleur (par exemple, circuits intégrés de puissance, transformateurs) ou ajoutez des vias thermiques.
• For high-temperature environments (>85°C), use heat-resistant relays (e.g., OMRON G5V series).

4.Montage et protection mécanique

• Processus de soudure:
• Relais à trous traversants: Soudure à la vague ou à la main, assurant des joints de soudure complets sans vides.
• Relais SMT: Reflow soldering temperature profile must match relay specifications (typically ≤260°C).
• Résistance aux vibrations:
• Orienter les relais de manière à ce que les forces de vibration/choc sont perpendiculaires au mouvement de l'armature (réduit les déclenchements intempestifs).
• Pour les environnements soumis à de fortes vibrations (par exemple, l'automobile), utilisez des relais avec un adhésif absorbant les chocs ou des ressorts renforcés.

5.Nettoyage et protection

• Nettoyage après soudure:
• Utilisez de la pâte à braser non nettoyante ou de l'alcool isopropylique pour éliminer les résidus de flux, afin d'éviter la corrosion par contact.
• Revêtement conforme:
• Dans les environnements humides/contaminés, appliquer un revêtement protecteur (par exemple, du polyuréthane) pour couvrir les broches du relais et les traces du circuit imprimé.

Pièges de la conception et erreurs courantes

• Première erreur: Running high-voltage contacts parallel to signal traces → causes crosstalk.
  Solution: Utiliser le routage orthogonal ou ajouter des fentes d'isolation.
• Erreur 2: Insufficient coil drive current → incomplete contact engagement.
  Solution: S'assurer que le circuit d'entraînement fournit une tension/un courant nominal (par exemple, 5V/20mA).

Tableau de référence pour la sélection des relais

Paramètres	Valeur/méthode recommandée	Notes
Épaisseur du circuit imprimé	1,6 mm (trou de passage)	Augmentation à 2,0 mm pour les vibrations élevées
Épaisseur du cuivre	≥70μm for contacts, 35μm for coil	Épaissir les trajectoires des courants forts
Espacement des bobines et des contacts	≥5mm (low voltage) or per rating	≥2.5mm for 250V AC
Température de soudure	≤260°C (SMT)	Vérifier la fiche technique du relais

Techniques de montage des relais sur circuit imprimé

I. Spécifications du processus de brasage

• Méthodes de soudage

• Soudure manuelle:
  • Utiliser un 30- 6Fer à souder 0W avec un embout propre.
  • Maintenir la température de la pointe à 350°C max pour éviter tout dommage thermique.
  • Souder chaque broche pour ≤3 seconds pour éviter la surchauffe.
• Brasage automatisé:
  • Soudure à la vague:
  • Régler la hauteur de la vague de soudure pour éviter tout débordement sur le circuit imprimé.
  • Profil standard : 260°C (±5°C) for 6 seconds.
  • Soudure par refusion (SMT):
  • Respecter les courbes de température spécifiques aux relais (typiquement les valeurs de crête ≤260°C).

• Notes critiques

• Circuits imprimés multicouches: Une masse thermique plus élevée peut nécessiter un préchauffage prolongé pour assurer une bonne formation du joint de soudure.
• Application du flux: Utiliser un flux sans nettoyage pour minimiser les résidus de soudure.

II.Installation &amp ; Raccordement électrique

• Types de montage

• Trou de passage (THT):
  • Les broches sont insérées dans les trous percés et soudées sur le côté opposé.
  • Assure une forte adhérence mécanique dans les environnements soumis à de fortes vibrations.
• Montage en surface (SMT):
  • Soudé par refusion directement sur les plaquettes ; idéal pour les conceptions compactes.

• Lignes directrices pour le câblage

• Bornes de la bobine: Connecter aux signaux de contrôle (par exemple, MCU GPIO) avec des résistances de limitation de courant si nécessaire.
• Bornes de contact:
  • NO/NC/COM les broches câblées en série avec les circuits de charge (moteurs, lampes).
  • S'assurer que la largeur de la trace est compatible avec le courant de charge (par ex, 70μm Cu for 5A+).

• Exigences en matière d'isolement

• Maintenir ≥2.5mm creepage distance entre la bobine et les contacts haute tension (250V AC).
• Vérifier la rigidité diélectrique (1kV+ isolation) entre les circuits de commande et de charge.

III.Étapes postérieures à l'installation

• Refroidissement &amp ; Nettoyage

• Laisser la carte refroidir naturellement ; éviter le refroidissement forcé afin d'éviter toute contrainte thermique.
• Nettoyer les résidus de flux avec de l'alcool isopropylique (IPA) si un flux non nettoyant est utilisé.

• Inspection et essais

• Contrôle visuel: Vérifier que les joints de soudure sont brillants, concaves et exempts de ponts ou de fissures.
• Test de continuitéUtiliser un multimètre pour confirmer :
  • La résistance de la bobine correspond aux valeurs de la fiche technique.
  • La continuité du contact (états NO/NC) se déclenche correctement lorsqu'il est sous tension.

IV.Pièges courants et solutions

Enjeu	Cause	Solution
Ponts de soudure	Excès de soudure ou défaut d'alignement	Ajuster l'épaisseur du pochoir/le profil de débordement
Relais surchauffé	Temps de soudure prolongé	Strictly limit soldering to ≤3s per pin
Contact intermittent	Mauvais joint de soudure ou contamination	Refusion/retouche avec un nouveau flux

Test des relais de circuits imprimés

Lorsqu'un relais n'est pas alimenté, le NO et le NC restent respectivement ouverts et fermés. Un multimètre est nécessaire pour tester le relais. Ensuite, vous pouvez vous référer aux étapes suivantes pour tester le relais du circuit imprimé :

1. Vous devez régler le multimètre en mode contrôle de continuité.
2. Vous devez tester la continuité entre les contacts NC et les pôles.
3. Il faut vérifier la discontinuité entre les contacts normalement ouverts et les pôles.
4. Ensuite, mettez le relais sous tension pour alimenter la bobine. Un déclic se fait alors entendre. En effet, les contacts passent de la position normalement fermée (NC) à la position normalement ouverte (NO) en réponse au champ magnétique.
5. Vous devez vérifier la continuité entre les contacts normalement ouverts et les pôles.
6. Vérifier qu'il n'y a pas de discontinuité entre le contact NF et le pôle.
7. Enfin, mesurez la résistance de la bobine à l'aide d'un multimètre. Vérifiez qu'elle correspond à la résistance indiquée sur le relais du fabricant.

Les relais pour circuits imprimés peuvent être utilisés comme système de protection pour l'ensemble d'un circuit.Bien que de petite taille, ils protègent efficacement l'ensemble du système contre les dommages et fonctionnent selon le même principe que les relais de taille standard.La conception des circuits imprimés nécessite une prise en compte complète de tous les aspects des relais pour circuits imprimés.

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