Cela devient une réponse assez longue, mais j'ai ajouté beaucoup de jolies images, ce qui devrait vous empêcher de vous endormir ;-)
Je suis au courant des relais bistables, et ce sont de gros épargnants, mais ici, je discuterai de différentes solutions pour le même relais sans verrouillage, au cas où vous ne voudriez pas utiliser un relais à verrouillage. Cela pourrait être par exemple pour des commentaires ou pour des raisons de conduite plus compliquées. (Une façon d'obtenir des commentaires est en utilisant un contact d'un relais à deux pôles, mais alors vous réduire à un seul relais pôle. Relais Trois pôles existent, mais sont chers.)
Quoi qu'il en soit, cela est de votre commune, astable low-cost relais. Je vais utiliser ce relais pour référence.
Résistance série
Un moyen simple et peu coûteux de réduire la puissance, applicable à la plupart des relais. Recherchez dans la fiche technique la tension de fonctionnement , parfois appelée "tension d’arrivée". Pour la version standard 12 V du relais ci-dessus, 8,4 V. Cela signifie que le relais 12 V fonctionnera également si vous lui appliquez au moins 8,4 V. La raison de cette large marge est que la tension de 12 V des relais n’est souvent pas régulée et peut varier, par exemple en fonction des tolérances de la tension du secteur. Vérifiez les marges sur le 12 V avant de le faire.
Gardons quelques marges et passons à 9 V. Le relais a une résistance de bobine de 360 Ω, puis une résistance série de 120 Ω provoquera une chute de 3 V et de 9 V restants pour le relais. La dissipation de puissance est de 300 mW au lieu de 400 mW, soit une économie d’énergie de 25%, avec seulement une résistance en série.
Dans ce graphique et dans les autres, l’alimentation de la solution commune est représentée en bleu, normalisée pour une entrée 12 V et notre solution améliorée en violet. L'axe des x montre la tension d'entrée.
Régulateur LDO
Avec la résistance série, les économies d'énergie sont constantes (25%), soit le rapport de nos résistances. Si la tension augmente, la puissance augmentera de façon quadratique. Mais si nous pouvons maintenir la tension du relais constante, indépendamment de notre tension d'alimentation, la puissance augmentera uniquement de manière linéaire avec la tension d'entrée. Nous pouvons le faire en utilisant un LDO 9 V pour alimenter le relais. Notez que par rapport à la résistance en série, cela permet d’économiser plus de puissance avec des tensions d’entrée plus élevées, mais moins si la tension d’entrée tombe en dessous de 12 V.
Economie d’énergie: 25%.
Relais sensible
C'est le moyen le plus simple de réduire considérablement la consommation d'énergie: utilisez la version sensible du relais. Notre relais est disponible dans une version standard qui nécessite 400 mW et une version sensible qui satisfait la moitié de celle-ci.
Alors pourquoi ne pas toujours utiliser des relais sensibles? Tout d'abord, tous les relais ne sont pas de types sensibles, et lorsqu'ils le font, ils sont souvent soumis à des restrictions, telles que l'absence de contacts de commutation (CO) ou un courant de commutation limité. Ils sont aussi plus chers. Mais si vous pouviez en trouver un qui corresponde à votre demande, je le prendrais certainement en considération.
Économie d'énergie: 50%.
Relais 12 V à 5 V
Nous arrivons ici aux économies réelles ™. Nous devrons d’abord expliquer le fonctionnement du 5 V. Nous avons déjà vu que nous pouvons faire fonctionner le relais à 9 V, car la "tension de fonctionnement impérative" était de 8,4 V. Mais 5 V est considérablement plus bas que cela, de sorte que le relais ne sera pas activé. Il semble toutefois que la "tension de fonctionnement" doit uniquement être activée pour activer le relais; une fois activé, il restera actif même à des tensions beaucoup plus basses. Vous pouvez facilement essayer cela. Ouvrez le relais et placez 5 V sur la bobine, et vous verrez qu'il ne s'active pas. Fermez maintenant le contact avec la pointe d'un crayon et vous verrez qu'il reste fermé. Génial.
Il y a un problème: comment savons-nous que cela fonctionnera pour notre relais? Il ne mentionne le 5 V nulle part. Ce dont nous avons besoin, c’est de la "tension de maintien" du relais, qui donne la tension minimale pour rester activé, ce qui est malheureusement omis dans les fiches techniques. Nous devrons donc utiliser un autre paramètre: "doit libérer la tension". C’est la tension maximale à laquelle le relais sera garanti. Pour notre relais 12 V, c’est 0,6 V, ce qui est très bas. La "tension de maintien" n’est généralement qu’un peu plus élevée, comme 1,5 V ou 2 V. Dans de nombreux cas, la valeur de 5 V vaut le risque. Pas si vous voulez exécuter une production de 10k / an de l'appareil sans consulter le fabricant du relais; vous pouvez avoir beaucoup de retours.
Nous n’avons donc besoin de la haute tension que très peu de temps, puis nous pouvons nous contenter de la tension 5 V. C’est facile à réaliser avec un circuit RC parallèle monté en série avec le relais. Lorsque le relais est activé, le condensateur est déchargé et court-circuite donc la résistance parallèle, de sorte que les 12 V complets traversent la bobine et puissent être activés. Le condensateur se charge alors et il y aura une chute de tension à travers la résistance qui réduira le courant.
C'est comme dans notre premier exemple, alors seulement nous avons opté pour une tension de bobine de 9 V, maintenant nous voulons 5 V. Calculatrice! 5 V sur les 360 Ω de la bobine correspond à 13,9 mA, la résistance doit alors être de (12 V à 5 V) / 13,9 mA = 500 Ω. Avant de pouvoir trouver la valeur du condensateur, nous devons consulter à nouveau la fiche technique: le temps de fonctionnement maximal est de 10 ms maximum. Cela signifie que le condensateur devrait charger assez lentement pour avoir encore 8,4 V à travers la bobine après 10 ms. Voici à quoi devrait ressembler la tension de la bobine dans le temps:
La valeur R pour la constante de temps RC est le 500 Ω parallèle aux 360 Ω de la bobine, en raison de Thévenin. C'est 209 Ω. L'équation du graphique est
VCO jeL= 5 V+ 7 V⋅ e- tR C
VCO jeLtRC
Donc, en régime permanent, nous avons une résistance de 860 Ω au lieu de 360 Ω. Nous économisons 58% .
Relais 12 V à 5 V, reprise
La solution suivante nous offre les mêmes économies à 12 V, mais avec un régulateur de tension, nous maintenons la tension à 5 V, même si la tension d'entrée devait augmenter.
Que se passe-t-il quand on ferme l'interrupteur? C1 est rapidement chargé à 4,3 V via D1 et R1. Simultanément, C2 est chargé via R2. Lorsque le seuil du commutateur analogique est atteint, le commutateur dans IC1 bascule et le pôle négatif de C1 est connecté à +5 V, de sorte que le pôle positif passe à 9,3 V. Cela suffit pour que le relais s'active, et après que C1 soit déchargé, le le relais est alimenté par le 5 V à travers D1.
Alors quel est notre gain? Nous avons 5 V / 360 Ω = 14 mA à travers le relais, et venant d'un 12 V via un LM7805 ou similaire, 167 mW au lieu de 400 mW.
Economie d'énergie: 58%.
Relais 12 V à 5 V, reprise 2
Nous pouvons faire encore mieux en utilisant un SMPS pour obtenir notre 5 V de notre alimentation 12 V. Nous utiliserons le même circuit avec le commutateur analogique, mais nous économiserons beaucoup plus. Avec un SMPS efficace à 90%, nous économisons 80% (!) .
(graphiques réalisés avec Mathematica)