Comment tester un relais à semi-conducteurs

Maîtriser les méthodes de test appropriées pour les dispositifs de relais à semi-conducteurs est une compétence précieuse pour les personnes impliquées dans la création, la gestion et l'approvisionnement des systèmes de contrôle électrique. Parce que relais à semi-conducteurs ne contiennent pas de pièces mécaniques, ils peuvent tomber en panne différemment des relais électromécaniques traditionnels et ne peuvent pas être analysés en utilisant les procédures de test standard. Très souvent, les SSR tombent en panne silencieusement, ce qui peut entraîner un déclenchement erroné de l’équipement ou même une fuite de courant alors que le système devrait être complètement éteint. Les techniques abordées dans cet article fournissent des conseils pour différents types de tests SSR, allant d’une simple vérification au multimètre jusqu’à un test complet de vérification électrique utilisé en production.

Pourquoi le test d’un SSR est différent de celui d’un relais mécanique

Un relais mécanique est capable d’ouvrir et de fermer des contacts métalliques de sorte que, lors de l’utilisation d’un multimètre en mode continuité, les lectures obtenues sont très claires : fermé signifie presque zéro ohm, ouvert signifie infini. Un SSR, en revanche, effectue son commutateur à l’aide de dispositifs à semi-conducteurs tels que TRIAC, SCR ou FET, ce qui est un tout autre principe. Même lorsqu’il n’est pas actif, un bon SSR permet à un petit courant de fuite de circuler lorsqu’il est éteint, et en mode actif, il fait chuter une certaine tension au lieu d’agir comme un interrupteur parfaitement fermé. Pour cette raison, une mesure de résistance effectuée aux bornes de sortie d’un SSR normal peut être assez déroutante et pourrait indiquer une pièce défectueuse. L’une des principales raisons qui rend le test des relais à semi-conducteurs compliqué est que les gens se fient simplement aux mêmes principes qu’ils appliqueraient à un relais mécanique.

Préparation et équipement nécessaires

Avant de commencer tout travail, rassemblez un multimètre numérique, qui doit posséder une fonction de mesure de diode et de résistance, ainsi qu’une alimentation basse tension en courant continu/alternatif adaptée aux spécifications de contrôle du relais. Il est également recommandé d’utiliser une petite charge de test, par exemple une lampe à incandescence ou tout dispositif de chauffage tubulaire adapté à la position. Un testeur haute tension est nécessaire pour des raisons de sécurité et de vérification de l’isolation si le fabricant recommande de vérifier la séparation entre les circuits d’entrée et de sortie. La spécification du fabricant fournit des informations sur le numéro de pièce, la tension de commande, le courant de sortie et le courant de fuite en état éteint. Il est crucial de savoir s’il s’agit d’un circuit CC ou CA afin de prévoir le comportement futur du dispositif. Le SSR à passage par zéro ne peut s’allumer que lorsque la tension est égale à zéro ; pour cette raison, il est appliqué aux charges résistives, tandis que le modèle à tir aléatoire est utilisé pour le contrôle de phase.

Soyez conscient des risques de sécurité

La sortie du relais à semi-conducteurs pourrait être connectée à la tension secteur, et sa base métallique est susceptible d’être très proche des jonctions semi-conductrices sous tension. Par conséquent, le circuit doit être hors tension, tous les condensateurs doivent être déchargés, et la tension doit être vérifiée à l’aide d’un multimètre numérique avant que l’opérateur n’intervienne dans le circuit. Lors du test opérationnel sous tension, un circuit correctement protégé par un fusible doit être utilisé pour connecter le relais, et une main doit être tenue derrière le dos lors du travail à proximité de fils sous tension. En cas de test d’isolation, il faut garder à l’esprit que le testeur haute tension utilise plusieurs kilovolts et doit être manipulé uniquement par un employé formé, et ce uniquement lorsque l’appareil est éloigné du reste de la machine.

Comment tester un relais à semi-conducteurs avec un multimètre

La question fréquente posée dans les ateliers est comment tester le relais à semi-conducteurs, et la vérité est que, bien que le multimètre puisse détecter des défaillances majeures, il ne peut pas indiquer complètement l’état de l’appareil. Mais en effectuant simplement ce contrôle avec le multimètre, vous pouvez filtrer la plupart des relais à semi-conducteurs défectueux et en court-circuit en seulement quelques minutes. Tout d’abord, assurez-vous que l’appareil est déconnecté de l’alimentation. Ensuite, mettez le multimètre en mode diode et vérifiez les bornes d’entrée ou de commande du relais à semi-conducteurs. Si ce relais fonctionne avec une entrée en courant continu et utilise des optocoupleurs et des LED, vous pouvez obtenir une tension directe dans un sens et une lecture ouverte dans le sens opposé, comme une diode. Si une lecture ouverte est obtenue dans les deux sens, cela suggère que l’entrée est ouverte. Au contraire, si les lectures sont très proches de zéro dans les deux sens, cela indique un court-circuit à l’entrée.

L’étape suivante consiste à vérifier les bornes de sortie. Réglez le multimètre sur la mesure de résistance et vérifiez la sortie. Dans un relais à semi-conducteurs fonctionnel, vous devriez voir une résistance élevée dans les deux sens, ce qui signifie que le semi-conducteur ne conduit pas. Si les lectures sont proches de zéro dans un sens, cela indique que la sortie est en court-circuit, ce qui est la défaillance la plus courante et la plus dangereuse du relais à semi-conducteurs.

L’expérience fonctionnelle sous alimentation

Le test de banc entièrement optimisé est appelé expérience fonctionnelle sous alimentation, au cours de laquelle le fonctionnement de l’appareil est confirmé. Connectez les bornes de sortie en série avec la lampe à tester et l’alimentation correspondante tout en maintenant la connexion de commande libre. En l’absence de tension de commande, la lampe doit rester éteinte. Si la lampe s’allume faiblement, cela indique un court-circuit en sortie. Maintenant, appliquez la tension de commande à l’entrée et un relais sain allumera la lampe à pleine luminosité. Après avoir coupé la tension de commande, la lampe doit devenir complètement éteinte. Si la sortie ne s’allume pas lorsque la tension de commande est appliquée à l’entrée, cela indique que l’appareil est ouvert, ou si elle ne s’éteint pas lorsque la tension de commande est coupée, cela signifie que le semi-conducteur de sortie a échoué.

Tant que l'appareil est encore sous tension, il est possible de mesurer la chute de tension au moment du fonctionnement à l'aide du voltmètre. Une chute de tension d'environ 1 à 1,5 volts sur un SSR TRIAC AC est considérée comme normale et si elle est excessivement élevée, cela implique que le semi-conducteur vieillit et chauffe. Mesurer la fuite de l'état éteint à l'aide du voltmètre montrera la qualité de la commutation. Ainsi, ces deux mesures distinguent un appareil défectueux d'un bon appareil.

Test du SSR pour entrée AC

Toutes les unités ne prennent pas le signal avec un contrôle DC. Dans le cas d'une unité AC, la tension de commande est censée varier de 90 à 280 AC, donc la formule mentionnée précédemment pour le test de diode ne fonctionne pas dans ce cas. Pour ce type d'appareils, la méthode sûre et facile serait de réaliser uniquement le test fonctionnel sous tension : allumer la tension de commande AC spécifiée et vérifier si l'appareil s'est activé ou non. Ainsi, il n'est pas possible de mesurer la résistance dans une unité AC en raison de la basse tension et il est donc difficile d'interpréter les résultats obtenus avec des instruments de mesure.

Test d'isolation et test Hi-Pot

Un multimètre ne peut pas vérifier certaines propriétés comme l'état de l'isolation entre les circuits d'entrée et de sortie. Alors que cette barrière garantit que la haute tension n'atteint pas le côté commande basse tension du système, il s'agit d'une spécification de sécurité importante qui doit être vérifiée par un test de tenue diélectrique ou test hi-pot consistant à appliquer une haute tension au circuit entrée/sortie pendant un certain temps tout en surveillant la possibilité d'une défaillance ou d'un courant de fuite excessif. Un appareil qui réussit le test fonctionnel mais échoue aux procédures de test d'isolation du relais à semi-conducteurs est dangereux et doit être rejeté, car la défaillance d'isolation invisible ne se manifestera dans aucun test de commutation. C'est pourquoi les programmes de qualité sérieux considèrent la vérification hi-pot comme obligatoire plutôt qu'optionnelle.

Comportement thermique et défauts thermiques

Lorsqu'un SSR est activé, il a tendance à chuter en tension et à générer de la chaleur, ce qui représente la majorité des défaillances sur le terrain. Un SSR qui fonctionne normalement en laboratoire peut commencer à se comporter de manière étrange après avoir conduit un courant pendant quelques minutes dans un dissipateur thermique de faible qualité. En cas de suspicion de défaillance thermique, il est recommandé d'effectuer un test fonctionnel sous tension avec la charge nominale sur une période prolongée et de surveiller la température de la plaque de base. Si un dispositif montre une augmentation de la chute de tension en état passant et un comportement de commutation erratique, cela signifie que son semi-conducteur fonctionne au-delà de ses limites. Un bon refroidissement et un matériau d'interface thermique font partie de la solution, bien que le cyclage thermique pendant la période de test mette le problème en lumière. En conséquence, les SSR dimensionnés généreusement avec une marge de courant suffisante et montés sur un dissipateur thermique adéquatement dimensionné réussiront bien les tests, tandis qu'un SSR mal refroidi échouera au test en quelques minutes. L'enregistrement de la température de la plaque de base à la fin de l'expérience fournit une référence pour les comparaisons futures.

Comment tester un relais à semi-conducteurs

Regrouper certains des différents contrôles facilite l'identification d'une unité défaillante. L'un des principaux signes d'une défaillance est la charge qui reste alimentée indépendamment du signal de commande. Le problème inverse est lié à la sortie ouverte ainsi qu'à l'étage d'entrée mort. Lorsque la charge scintille et commute mal et ne s'allume que lorsqu'elle chauffe, cela prouve la présence d'un semi-conducteur de mauvaise qualité ou un problème avec la commande. En général, pour pouvoir déterminer si un relais à semi-conducteurs est défectueux, les lectures du multimètre et le test fonctionnel de commutation ainsi que le contrôle d'isolation doivent être utilisés ensemble.

Test en circuit versus hors circuit

L'importance de réaliser le contrôle est égale à celle de l'emplacement du contrôle. Le contrôle le plus propre est lorsque nous testons le relais retiré de la machine. C'est la meilleure méthode, car rien ne peut affecter vos mesures. Bien sûr, le multimètre ne mesure que le relais, le test fonctionnel ne nécessite qu'une charge connue, et il n'y a pas de circuits parallèles compliquant vos mesures dans ce cas. Cependant, si la question est d'une importance capitale, il est préférable de retirer le SSR et de le tester. Le test en circuit est une méthode plus facile et plus rapide car le dispositif est câblé, mais de nombreux éléments, circuits de commande et la charge peuvent affecter le résultat ; ainsi, les données obtenues lors du test en circuit ne peuvent être considérées que comme des informations préliminaires. En cas de suspicion, vérifiez hors circuit : sinon, vous pourriez conclure à tort sur l'élément défectueux et remplacer un dispositif fonctionnel, laissant le vrai problème non résolu.

Erreurs courantes à éviter

Il existe également des erreurs courantes commises par les professionnels. La première erreur est de s'attendre à ce que la borne d'un SSR affiche un circuit ouvert ou un court-circuit lorsqu'elle est mesurée avec un ohmmètre ; les semi-conducteurs se comportent différemment et les valeurs habituelles de fuite sont confondues avec des lectures de défaillance. La deuxième erreur est d'appliquer une tension de commande incorrecte lors du processus de test, soit en fournissant une tension insuffisante qui ne fait pas fonctionner le circuit de commande, soit un type de tension erroné (par exemple, fournir du courant continu au lieu du courant alternatif). La troisième erreur est de réaliser le test sans charge, ce qui peut masquer la défaillance de la sortie puisque aucun courant ne circule dans le système. La quatrième erreur est de ne pas effectuer de test d'isolation et de supposer qu'un appareil qui commute correctement est forcément sûr. Il peut y avoir une commutation parfaite d'un relais, mais celui-ci peut perdre la barrière d'isolation en même temps.

Du test sur banc au test à l'échelle de la production

La discussion précédente tourne autour de l'idée de tester chaque relais séparément, ce qui est acceptable dans le cadre de la maintenance et des réparations, mais la tâche de production est une toute autre histoire. Lors du fonctionnement d'une installation qui fabrique des centaines voire des milliers de SSR par poste, tester manuellement chaque SSR produit est tout simplement impraticable, lent et impossible à documenter correctement pour les besoins de certification. Les processus individuels ne diffèrent pas beaucoup de ceux décrits dans les sections précédentes ; cependant, ils doivent être automatisés, organisés en séquence et documentés. Les caractéristiques testées incluent la capacité de courant nominal, la chute de tension de sortie, le courant de commande d'entrée, la résistance d'isolation et, si nécessaire, le cycle thermique. C'est à ce stade que comment tester un relais à semi-conducteurs les connaissances passent d'une compétence d'atelier à une discipline de production.

Benlong Automation construit exactement ce type de ligne intégrée. Le Ligne de production automatisée de relais statiques combine le placement SMT, la soudure, le dosage et une suite complète de tests fonctionnels qui mesurent le courant nominal, la chute de tension de sortie, la résistance d'isolation par hi-pot jusqu'à deux mille cinq cents volts AC, et les caractéristiques thermiques, puis télécharge chaque résultat dans un système MES pour une traçabilité complète par unité. Parce que les mêmes contrôles électriques que vous effectuez manuellement sont réalisés par des testeurs programmables à un rythme de plus de mille unités par poste et enregistrés automatiquement, un fabricant gagne à la fois en cohérence et en traçabilité d'audit requise pour la conformité IEC 62314. Pour quiconque passe du test occasionnel sur banc à une production standardisée et certifiable, une ligne automatisée transforme une routine manuelle en un processus répétable et documenté.

Construire une routine de test simple

Une bonne routine relie les techniques en un système qui peut être appliqué à chaque fois. Commencez par vérifier visuellement toute rupture, décoloration et odeur de brûlé, car tout équipement physiquement endommagé échoue avant même d’être testé. Ensuite, passez à l’écran de lecture du multimètre sur l’entrée et la sortie pour identifier tout appareil mort ou en court-circuit. Poursuivez avec le test en charge pour assurer le bon fonctionnement marche-arrêt de l’appareil sous une charge normale et mesurez les chutes de tension pendant le fonctionnement. Concluez par le test d’isolation en cas de sécurité ou de certification. Travailler dans cet ordre signifie que chaque étape valide l’appareil ou vous arrête avant de perdre du temps sur une pièce qui a déjà révélé un défaut, ce qui est l’essence pratique d’un bon test de SSR.

Conclusion

Comprendre comment tester un relais à semi-conducteurs les appareils consiste à respecter ce qui les différencie des relais mécaniques et à utiliser le bon outil pour chaque couche de vérification. Un multimètre vérifie les principaux problèmes d’entrée et de sortie, un test fonctionnel sous tension confirme un commutateur fluide sous charge tout en mesurant la chute de tension en état passant et les fuites, et un test hi-pot garantit la barrière d’isolation qui ne peut être identifiée par aucun multimètre. Ces tests sont suffisants pour la maintenance et le dépannage. En cas de fabrication à grande échelle, les mêmes principes sont appliqués automatiquement et de manière traçable sur une seule ligne de production, ce qui garantit que tous les produits livrés seront prouvés et documentés. Apprenez à comprendre les contrôles singuliers et vous saurez alors comment travailler avec n’importe quel SSR.