Perché ci sono così tanti relè utilizzati in un'auto, anziché transistor?

Di recente ho lavorato ai circuiti elettrici della mia auto. Vedo che molti relè sono utilizzati nei circuiti automobilistici. Questi relè sono utilizzati per una semplice commutazione e mi chiedo perché questi circuiti siano basati su relè e non su transistor o altri componenti elettronici utilizzabili a scopo di commutazione. Pensavo che i transistor fossero più economici, più piccoli e più affidabili dei classici relè el-mech per la commutazione.

Nota: nelle applicazioni per auto, una batteria per auto da 12 V viene utilizzata per alimentare la bobina di un relè e la stessa alimentazione da 12 V è ciò che viene commutato dal relè. A volte un relè commuta solo un'altra linea di segnale, cioè senza alcun carico di potenza elevato su di esso. Eppure, non riesco a vedere transistor lì dentro. Quindi credo che ci sia una solida ragione per cui è fatto in questo modo, e mi devo perdere qualcosa qui. :-)

I relè sono molto più stabili dal punto di vista della temperatura: un relè sigillato ha essenzialmente le stesse caratteristiche a -30 ° C e + 70 ° C, entrambe le temperature sono comuni per le auto. Un transistor funziona in modo abbastanza diverso a -30 ° C e + 70 ° C, quindi lo schema deve essere progettato per tenere conto di tali variazioni.

Una volta ho lavorato su un prodotto con una gamma di temperature che iniziava a -55 ° C, che utilizzava sia relè che dispositivi a semiconduttore. La parte divertente del progetto era che al di sotto di -20 ° C era alimentata solo la parte del relè, che attivava i riscaldatori d'aria e accendeva la parte a semiconduttore solo quando la temperatura raggiungeva 0 ° C.

I relè offrono anche l'isolamento galvanico, che limita efficacemente i guasti. I guasti comuni come i cortocircuiti di solito danneggiano solo un relè, mentre nei circuiti a transistor sarebbero interessati diversi dispositivi lungo il percorso. Scommetto che le persone vogliono ancora che il motore della loro auto funzioni anche quando muore il condizionatore d'aria o un alzacristallo.

Un'auto è (ancora, nell'era moderna) un ambiente elettricamente duro. L '"alimentazione a 12V" è in genere da 13,5 a 15 V e può occasionalmente aumentare a 80 V o più. Potrebbero anche esserci dei cianfrusaglie ad alta frequenza sui fili delle candele.

I relè sopportano quell'abuso in qualche modo meglio dei transistor, almeno per "un prezzo simile".

I relè sono solo ben collaudati. Penso che la risposta sia semplice.

I meccanici spesso vogliono una soluzione semplice, che funzioni bene. È solo nella mente delle persone cambiare un circuito con i relè.

Mio fratello monta delle attrezzature speciali sui camion per il lavoro. Deve sempre cambiare qualcosa che gli viene in mente: "Oh, mettiamo un relè lì dentro!". E ha ragione. Perchè no? Spesso è la soluzione più semplice e funziona bene.

In alcune situazioni è possibile utilizzare anche il feedback acustico. Pensa solo al tuo indicatore.

La tensione in un'auto è solo di circa 12V, il che significa che anche i componenti moderatamente alimentati possono assorbire grandi correnti. Il trattino nella mia auto è illuminato da quattro lampadine da 12V 2W. Attingono una corrente di 666 mA solo per illuminare il trattino! Se guardi i fusibili di tutti i circuiti della tua auto, anche il più piccolo sarà 5A. La maggior parte avrà una gamma di 10-20 A e alcuni anche di più. Il motivo per cui i relè sono così popolari è perché sono durevoli, hanno una bassa resistenza di contatto e sono (a volte) più economici dei componenti a stato solido in grado di gestire la stessa corrente. Molte vetture moderne usano effettivamente relè a stato solido, ma sono disponibili nello stesso tipo di imballaggio in mattoni per non confondere alcun meccanico.

I relè presentano alcuni vantaggi rispetto ai transistor.

1. Hanno una resistenza di accensione molto bassa. In un sistema a bassa tensione ad alta potenza questo è prezioso in quanto migliora l'efficienza ed elimina la necessità di dissipare il calore.
2. Hanno una perdita molto bassa quando sono spenti. Quindi le loro uscite possono essere collegate all'alimentazione della batteria non commutata senza preoccuparsi di scaricare la batteria.
3. Sono robusti contro picchi, sovratensioni, variazioni di temperatura ecc. L'ambiente di un'auto è un luogo difficile sia elettricamente che termicamente e la progettazione di circuiti a transistor per sopravvivere richiede un bel po 'di lavoro extra.
4. Forniscono isolamento. Mentre i motivi in ​​un'auto alla fine si incontrano, l'isolamento è ancora utile per mantenere il controllo di dove esattamente ritornano le correnti di ritorno.
5. Possono essere facilmente usati per la commutazione lato alto o lato basso e i loro ingressi possono essere commutati lato alto o basso. L'uso di feti a canale N (il tipo con le migliori prestazioni) per la commutazione high-side richiede una tensione del gate drive superiore alla tensione di alimentazione principale.

I relè presentano anche alcuni svantaggi rispetto ai transistor.

1. La bobina richiede un bel po 'di potenza.
2. La durata del ciclo è limitata
3. Sono fisicamente grandi

Quindi per le cose ad alta potenza che gli interruttori raramente i relè generalmente vincono. Per i dispositivi di controllo complessi e / o ad alta velocità, l'elettronica a stato solido generalmente vince.

Posso mantenere questo semplice vero? L'auto ha una serie di condizioni in cui funziona molto. E come altri hanno già detto, sono piuttosto significativi. I requisiti includono un solido modello di prestazioni per la qualità dei componenti.

In conclusione ... la ragione dei relè sui dispositivi a stato solido è riassunta in una sola parola.

PREZZO.

È più economico fornire relè che fornire dispositivi a stato solido per svolgere quella funzione. Quando i dispositivi a stato solido scendono di un prezzo inferiore a quello dei relè, i produttori automobilistici passano ai dispositivi a stato solido. Il costo è un fattore determinante quando si tratta di decisioni come questa.

Modificare:

Un relè da 10 amp costa 10 volte di più di un mosfet di potenza di tipo automobilistico da 10 amp. - Passante

Quindi, non sono del tutto sicuro che sia un paragone equo. Penso che la maggior parte dei relè automobilistici abbia più corrente di così. (Da 25 a 60 A)? Ricorda inoltre che siamo totalmente isolati tra segnale e uscita con il relè. Supponiamo che gli OEM del settore automobilistico vorrebbero mantenere questo concetto di isolamento. Quale sarà il costo di un mosfet da 30 amp opti-isolato? Oh, e meglio metterlo in un bel plug in container, meglio se è un calo perfetto in sostituzione di un relè esistente.

Inoltre c'è un ulteriore fattore legato al PREZZO. Ricorda che ci sono fornitori là fuori che hanno investito milioni e milioni di dollari per automatizzare e attrezzare i loro impianti di produzione di relè. Inoltre impiegano un sacco di gente. Cosa pensi che facciano pagare quei ragazzi per i relè? Risposta: quanto pensano di poter cavarsela. Indovina cosa succede quando i produttori di apparecchiature originali automobilistiche (OEM) dicono a quelle persone che stanno pensando di passare alla tecnologia Mosfet ... hai indovinato, c'è un calo immediato del prezzo. Non importa che stiano perdendo soldi, hanno un enorme ammortamento, costi fissi e molti dipendenti.

Non mi sorprenderebbe che un vero vantaggio di prezzo di Mosfets rispetto ai relè venga ritardato nell'attuazione per motivi puramente commerciali per un periodo di cinque anni. Inoltre, non mi sorprenderebbe se alcune di queste attività avessero a cuore accordi con gli OEM (ad es. Voglio investire un sacco di soldi nel mio processo per ridurre i miei costi di manodopera e quindi il mio prezzo per voi, ma lo farò solo se Ho un impegno contrattuale quinquennale per il prodotto.)

I relè verranno utilizzati al posto dei componenti a semiconduttore per i seguenti motivi

1. Più durevole: ampi intervalli di temperatura operativa, punte.
2. non c'è bisogno di dissipatore di calore.
3. resistenza allo stato molto bassa.
4. Isola il carico completamente in stato spento.
5. Basso costo rispetto allo stesso semiconduttore conduttore di corrente.
6. Punto di vista dell'assistenza - (la maggior parte dei relè e dei fusibili per automobili sono plug and play ...) - che è difficile quando utilizziamo i semiconduttori (deve essere rimosso dal PCB)