Solutions de commutation écoénergétiques utilisant des reed switches et un contrôle magnétique
À mesure que l’électronique portable continue de se développer, la réduction de la consommation d’énergie est plus critique que jamais. Les ingénieurs se tournent vers des composants économes en énergie comme les capteurs reed de type Form B et les relais reed bistables, qui fonctionnent avec peu, voire pas du tout, d’énergie. La technologie des…
S’il y a des points précis pour lesquels tu as besoin d’aide, n’hésite pas à passer directement à l’une des sections suivantes :
- Pourquoi l’efficacité énergétique est cruciale dans l’électronique d’aujourd’hui
- Applications des reed switches dans l’électronique du monde réel
- Reed switch Form A : fonctionnement normalement ouvert
- Reed switch Form C : comment fonctionne la commutation à double contact
- Reed switches & capteurs Form B : conception normalement fermée écoénergétique
- Relais reed Form B : commutation normalement fermée efficace
- Comment fonctionnent les relais reed Form B : guide étape par étape
- Relais reed & capteurs bistables : conserver l’état sans alimentation
- Comment fonctionnent les relais reed bistables : mécanisme interne
- Contrôle par impulsions magnétiques : comment se font l’enclenchement & le déclenchement
- Concevoir avec des reed switches bistables : utiliser le contrôle par aimant
- Résumé : choisir la bonne technologie reed pour le contrôle magnétique et l’efficacité énergétique dans les conceptions basse consommation
Pourquoi l’efficacité énergétique est cruciale dans l’électronique d’aujourd’hui
Dans le monde actuel, de plus en plus soucieux de l’énergie, les ingénieurs subissent une pression croissante pour concevoir des systèmes plus intelligents et plus efficaces. Qu’il s’agisse d’appareils sur batterie, d’électroménager connecté ou de capteurs industriels, la demande de solutions basse consommation augmente rapidement. C’est là que la technologie des reed switches se distingue.
Contrairement aux capteurs à effet Hall, qui nécessitent une alimentation électrique continue même en mode veille, les reed switches fonctionnent de manière passive et ne consomment aucune énergie jusqu’à ce qu’ils soient activés par un champ magnétique. Cela en fait un choix idéal pour les applications où les économies d’énergie sont déterminantes. Les reed switches sont idéaux pour la conception basse consommation, car ils ne consomment aucune énergie avant d’être activés par un contrôle magnétique, ce qui les rend parfaits pour les applications sur batterie et axées sur l’efficacité énergétique.
Dans cet article, nous verrons comment les reed switches offrent une commutation fiable et sans contact avec une consommation minimale. Nous les comparerons à d’autres technologies de détection magnétique, mettrons en avant leurs avantages uniques et montrerons comment ils transforment des secteurs allant de la domotique aux dispositifs médicaux.
Ce que tu vas apprendre
- Comment la technologie des reed switches permet une commutation à très faible consommation, idéale pour les applications sur batterie et sensibles à l’énergie.
- Les différences entre les reed switches Form A, B et C, et l’impact de chaque configuration sur la consommation d’énergie et le comportement des contacts.
- Pourquoi les relais reed bistables et les capteurs sont particulièrement écoénergétiques, en conservant leur état sans alimentation continue.
- Des applications concrètes de la technologie reed dans les dispositifs médicaux, les systèmes de maison connectée, la sécurité automobile et les capteurs industriels.
- Des conseils de conception pour choisir le bon reed switch ou relais selon l’intensité du champ magnétique, la polarité et les exigences de commutation.
Applications des reed switches dans l’électronique du monde réel
Les reed switches sont idéaux pour la conception basse consommation car ils ne consomment aucune énergie avant d’être activés par un contrôle magnétique, ce qui les rend parfaits pour les applications sur batterie et axées sur l’efficacité énergétique.
- Électronique portable alimentée par batterie nécessitant des fonctions de commutation
- Circuits de sécurité nécessitant un interrupteur normalement fermé ne consommant aucune énergie et qui ne s’activera (en ouvrant le circuit) qu’en cas de condition de défaut
- Applications où la fonction de commutation reste fermée pendant longtemps sans consommer d’énergie
- Applications où la fonction de commutation est soit ouverte soit fermée pendant de longues périodes et ne consomme aucune énergie dans l’un ou l’autre état
- Exigences de faible offset en microvolts
- Fonctions de commutation requises dans un scénario « sans alimentation » ou « perte d’alimentation »
- Systèmes automobiles – Détection de position et interverrouillages de sécurité sans consommation en veille.
- Électronique grand public – Mécanismes d’activation économes en énergie dans les appareils portables et sur batterie.
- Équipements médicaux – Utilisés dans des capteurs de réveil basse consommation, comme un dispositif portable repensé qui a supprimé le besoin d’un socle de charge en passant à un reed switch normalement ouvert et à une pile principale. Cela a réduit les coûts, amélioré l’ergonomie et prolongé l’autonomie.
- Capteurs industriels – Commutation sans contact dans des environnements difficiles, avec une grande fiabilité et une consommation minimale.
- Appareils domotiques – Les reed switches permettent le contrôle magnétique dans les appareils de maison connectée pour une automatisation écoénergétique.
Pour bien comprendre le fonctionnement de la technologie reed dans les configurations ci-dessous, il est d’abord important de comprendre les bases du Reed Switch.
- Capteurs reed normalement fermés
- Relais reed normalement fermés
- Reed switches/capteurs bistables (à enclenchement)
- Relais reed bistables (à enclenchement)
Le contrôle magnétique permet un fonctionnement sans contact, idéal pour les environnements de conception basse consommation.
Reed switch Form A : fonctionnement normalement ouvert
Les reed switches existent, dans leur état naturel, en condition normalement ouverte. On appelle généralement cela unipolaire normalement ouvert, unipolaire unidirectionnel (SPST) ou Form A (voir Figure 1). Cette configuration de reed switch favorise l’efficacité énergétique en minimisant la consommation pendant la commutation. Le contrôle magnétique permet un fonctionnement sans contact, idéal pour les environnements de conception basse consommation.
Les deux lames du reed switch sont ferromagnétiques et sont scellées hermétiquement dans une capsule en verre. Lorsque le reed switch normalement ouvert est soumis à un champ magnétique, les contacts se ferment (voir Figure 2). Les contacts restent fermés tant que le champ magnétique est présent. Une fois le champ magnétique retiré, les contacts s’ouvrent. Ici, de l’énergie est consommée pendant toute la durée où les contacts sont à l’état fermé, ce qui en fait une option moins idéale du point de vue de la consommation.
Reed switch Form C : comment fonctionne la commutation à double contact
Un autre type de configuration de reed switch axée sur l’efficacité énergétique est le unipolaire bidirectionnel (SPDT) ou Reed Switch Form C (voir Figure 3).
Dans la Figure 3, aucun champ magnétique n’est présent ; le contact commun conserve donc sa connexion avec le contact normalement fermé. Le reed switch ne consomme aucune énergie lorsqu’il est dans son état normalement fermé. Lorsqu’un champ magnétique est appliqué, le relais reed consomme 100% de puissance pendant que l’élément reed commun bascule du contact normalement fermé vers le contact normalement ouvert (voir Figure 4). Une fois le champ magnétique retiré, le contact commun rebascule vers le contact normalement fermé.
Reed switches & capteurs Form B : conception normalement fermée écoénergétique
Puisque l’état naturel d’un reed switch Form A est normalement ouvert, il faut appliquer un aimant permanent au reed switch, avec une force magnétique suffisante pour fermer les contacts reed (voir Figure 5). L’aimant de polarisation doit être supérieur au champ en milliTesla (mT) de pull-in (ou operate) qui ferme les contacts en condition normalement ouverte.
À ce stade, la polarité de l’aimant n’a pas d’importance. Pour ouvrir les contacts, tu dois approcher un aimant permanent près de l’aimant de polarisation. Cet aimant doit avoir une polarité opposée et une force magnétique égale ou supérieure à celle de l’aimant de polarisation (voir Figure 6).
Relais reed Form B : commutation normalement fermée efficace
Certaines applications exigent que les relais reed maintiennent des contacts fermés pendant de longues périodes, ne s’ouvrant qu’en réponse à une condition de défaut. Le relais reed normalement fermé (Form B) est spécifiquement conçu pour ce type de scénario. Dans son état fermé par défaut, la bobine du relais ne consomme aucune énergie, ce qui le rend idéal pour les appareils sur batterie ou les systèmes où l’énergie disponible est limitée.
Cette conception est particulièrement adaptée aux circuits de détection de défauts, où le relais reste fermé en conditions normales et ne s’ouvre que lorsqu’un défaut survient. Comme aucune énergie n’est consommée lorsque les contacts sont fermés, les relais Form B conviennent aux applications à très faible consommation. La Figure 7 illustre le schéma d’un relais reed Form B dans sa configuration non alimentée, normalement fermée.
Appliquer de la puissance à la bobine, produisant une polarité magnétique qui s’oppose à la polarité de l’aimant de polarisation et avec une force magnétique suffisante pour dépasser l’intensité du champ de l’aimant de polarisation, entraînera l’ouverture des contacts (voir Figure 8).
Comparaison des configurations de reed switches pour l’efficacité énergétique
| Configuration | État par défaut | Consommation |
| Form A Normalement ouvert (SPST) | Ouvert (pas de contact) | Puissance ou champ magnétique nécessaire pour fermer |
| Form B Normalement fermé (SPST) | Fermé (contact établi) | Puissance ou champ magnétique nécessaire pour ouvrir |
| Form C Inverseur (SPDT) | Un contact fermé | Puissance ou champ magnétique commute le contact |
Comment fonctionnent les relais reed Form B : guide étape par étape
Un guide étape par étape du fonctionnement d’un relais reed Form B est présenté dans la Figure 9.
Étape 1
On ajoute un aimant de polarisation qui produit un champ magnétique de 5 mT directement sur le reed switch. Comme cette intensité de champ est au-dessus du point de pull-in du reed switch, les contacts se ferment comme indiqué au point 1 sur le graphique.
Étape 2
Ensuite, on sélectionne un reed switch avec un operate (Pull-in) de 4 mT et un release (Drop-out) de 2 mT.
Étape 3
La bobine applique un champ magnétique opposé de 4 mT. Le résultat net des deux champs magnétiques est de 1 mT. Cette intensité de champ nette est inférieure au drop-out du reed switch, ce qui provoque l’ouverture des contacts, comme illustré au point 2.
Étape 4
On coupe l’alimentation de la bobine, et les contacts se ferment lorsque l’intensité du champ magnétique revient à 5 mT.
La polarité de la tension appliquée à la bobine du relais Form B détermine la polarité magnétique de la bobine. La conception définit la polarité de la tension, et on marque cette polarité directement sur le relais. Appliquer une polarité de tension inversée entraîne un dysfonctionnement du relais jusqu’à ce que la bonne polarité soit rétablie. De plus, une tension trop élevée, au-dessus de la tension nominale spécifiée, peut provoquer la re-fermeture des contacts. En général, la tension de re-fermeture est spécifiée à 50% au-dessus de la nominale. Concrètement, cela signifie qu’appliquer plus de 7,5 volts à un relais Form B nominalement prévu pour 5 volts peut entraîner la re-fermeture des contacts. Si cela pose un problème chez un utilisateur dont le circuit peut produire des tensions supérieures à 50% au-dessus de la nominale, les concepteurs de relais peuvent ajuster la conception magnétique afin d’augmenter la tension de re-fermeture spécifiée. Cela fait des relais reed Form B un choix fiable et écoénergétique pour les systèmes de détection de défauts.
Relais reed & capteurs bistables : conserver l’état sans alimentation
Les reed switches bistables maintiennent leur état sans alimentation continue, offrant une efficacité énergétique inégalée grâce au contrôle magnétique. Un relais reed bistable ou un capteur fonctionne dans deux états distincts : non enclenché (ouvert) et enclenché (fermé). Il conserve l’un ou l’autre état sans nécessiter d’alimentation. L’hystérésis naturelle du reed switch, entre ses points d’operate (pull-in) et de release (drop-out), permet l’enclenchement, comme indiqué dans la Figure 10. Un point d’operate plus élevé augmente l’hystérésis, ce qui simplifie la conception des seuils d’enclenchement et de déclenchement. Pour activer le mode bistable, on polarise le reed switch à l’aide d’un aimant permanent.
La discussion suivante explorera cela plus en détail.
Comment fonctionnent les relais reed bistables : mécanisme interne
Un relais reed bistable utilise un reed switch Form A en association avec un aimant permanent (voir Figure 11).
Dans cet état, le reed switch peut être dans son état normalement ouvert ou dans son état normalement fermé. L’état dans lequel il se trouve dépend du dernier champ magnétique auquel il a été exposé. Si les contacts sont ouverts, l’application d’une impulsion magnétique avec la polarité correcte les fait basculer à l’état normalement fermé (voir Figure 12).
En général, une impulsion de 2 ms fournie à la tension nominale du relais suffit à changer l’état des contacts du relais. Par conséquent, la chaleur générée lors de l’ouverture et de la fermeture des contacts du relais est minimale, ce qui produit un offset thermique minimal.
Contrôle par impulsions magnétiques : comment se font l’enclenchement & le déclenchement
Pour clarifier comment l’enclenchement et le déclenchement se produisent, nous avons sélectionné un reed switch qui ferme ses contacts lorsqu’il est exposé à un champ magnétique de 4 mT et les ouvre lorsque le champ descend à 2 mT ou moins. Nous avons réglé l’aimant de polarisation pour produire un champ stable de 3 mT. La Figure 14 illustre un cycle complet de fonctionnement, en mettant en évidence chaque état de manière séquentielle. Les points de pull-in et de drop-out restent constants, comme le montrent les lignes fixes.
Les cinq étapes et l’état des contacts du reed switch sont décrits ci-dessous :
Étape 1
Cet exemple montre le champ magnétique polarisé (BMF), que nous appliquons en continu au reed switch, au niveau de 3 mT. Les contacts sont ouverts.
Étape 2
Ensuite, nous appliquons un champ magnétique externe (EMF) — provenant soit d’une bobine soit d’un aimant permanent — qui génère un champ de 2 mT renforçant le champ de l’aimant de polarisation (BMF). Le champ magnétique appliqué au Reed Switch est alors de 5 mT, ce qui est au-dessus du niveau de 4 mT, et ferme donc les contacts.
Étape 3
À présent, l’EMF est retiré, ne laissant que le BMF. Mais comme on peut le voir, l’intensité de champ reste au-dessus du champ de drop out ; ainsi, avec l’EMF retiré, les contacts restent fermés.
Étape 4
L’EMF est de nouveau appliqué, mais cette fois-ci le champ s’oppose au BMF, amenant l’intensité nette du champ magnétique à 1 mT. Le champ est maintenant en dessous du niveau de Drop out et les contacts s’ouvrent.
Étape 5
L’EMF opposé est maintenant retiré, ne laissant que le BMF, et les contacts reed restent à l’état ouvert.
De cette manière, on peut enclencher et déclencher les contacts.
Le cycle ci-dessus montre clairement que les relais reed bistables nécessitent une inversion de polarité magnétique pour changer l’état des contacts. Tu peux donc y parvenir soit en utilisant deux bobines, comme illustré ci-dessus, soit en inversant la polarité d’une seule bobine. Par conséquent, utiliser deux bobines augmente le coût du relais, tandis que l’inversion de la polarité d’une seule bobine exige une électronique plus complexe à chaque changement d’état des contacts.
Concevoir avec des reed switches bistables : utiliser le contrôle par aimant
Les reed switches bistables fonctionnent de manière similaire à ceux montrés dans la Figure 11, où un aimant permanent polarise l’interrupteur. Cependant, au lieu d’utiliser une bobine comme dans les Figures 12 et 13, nous utilisons un deuxième aimant permanent de polarité opposée, comme illustré dans la Figure 15. En exploitant le contrôle magnétique avec des aimants permanents, les reed switches bistables éliminent le besoin d’alimentation électrique, ce qui soutient des stratégies de conception à très faible consommation.
Dans ce cas, retirer l’aimant permanent maintient les contacts fermés. Ils restent fermés jusqu’à ce qu’un autre aimant permanent de polarité opposée s’approche du reed et de l’aimant de polarisation. C’est comme le relais reed bistable ci-dessus. L’utilisation d’aimants permanents ne consomme aucune énergie électrique ; et élimine donc le besoin d’alimentations, de circuits électriques et de circuits de temporisation. L’état du reed switch ne consomme aucune énergie (contrairement aux capteurs Hall) et repose strictement sur le mouvement des aimants entrant et sortant de sa zone d’influence.
Comme pour le relais reed bistable, on peut utiliser un ou deux aimants pour changer l’état des contacts.
Utiliser un aimant
Lorsqu’un aimant permanent s’approche du reed switch, il ferme les contacts. Retirer l’aimant laisse les contacts fermés. Pour les ouvrir, tu dois faire tourner l’aimant afin d’inverser sa polarité. Le rapprocher à nouveau du reed et de l’aimant de polarisation ouvre alors les contacts (voir Figure 16).
Utiliser deux aimants
Tu peux réaliser l’enclenchement et le déclenchement en déplaçant un aimant vers le reed switch pour fermer les contacts, puis en le retirant pour les ouvrir. L’aimant opposé s’approche ensuite depuis l’autre direction, montrant une polarité opposée et ouvrant ainsi les contacts. Cela peut être réalisé efficacement de plusieurs manières selon le type de mouvement requis pour une application donnée.
Les reed switches bistables peuvent nécessiter un réglage fin de l’ensemble magnétique, en particulier lorsqu’il y a d’autres matériaux ferromagnétiques à proximité. Une application nécessitant des reed switches bistables peut sans aucun doute être le meilleur choix de conception ; toutefois, nous recommandons de faire travailler les ingénieurs Standex Detect et les ingénieurs commerciaux en étroite collaboration avec toi pour obtenir les meilleurs résultats. Il existe de nombreuses manières de créer l’environnement d’enclenchement ; ainsi, pour un ensemble de circonstances donné, nos ingénieurs proposeront une approche professionnelle, simple et rentable.
Résumé : choisir la bonne technologie reed pour le contrôle magnétique et l’efficacité énergétique dans les conceptions basse consommation
Lorsque tu t’attends à ce que les contacts restent fermés pendant de longues périodes et que tu dois minimiser la consommation, envisage d’utiliser un capteur reed Form B ou un relais reed. Si l’efficacité énergétique compte à la fois en état ouvert et en état fermé, un reed switch bistable ou un relais reed bistable peut offrir la meilleure solution.
Le reed switch bistable est la seule technologie de capteur pour laquelle aucune alimentation n’est nécessaire pour l’actionnement et le relâchement des contacts. Avec la demande croissante de composants basse consommation, l’aspect bistable ou normalement fermé d’un reed switch se distingue à lui seul. Qu’il s’agisse d’utiliser la Form B pour un fonctionnement normalement fermé ou des reed switches bistables pour conserver un état sans alimentation, la technologie des reed switches est au cœur de la conception basse consommation moderne.
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