Почему в автомобиле используется так много реле вместо транзисторов?

58

Недавно я поработал над электрическими цепями моего автомобиля. Я вижу, что многие реле используются в автомобильных цепях. Эти реле используются для простого переключения, и мне интересно, почему эти схемы основаны на реле, а не на транзисторах или других электронных компонентах, используемых для коммутации. Я думал, что транзисторы были дешевле, меньше и надежнее, чем классические реле el-mech для переключения.

Примечание. В автомобильных приложениях для питания катушки реле используется автомобильный аккумулятор 12 В, и то же напряжение 12 В переключается реле. Иногда реле переключает только другую сигнальную линию, то есть без какой-либо большой нагрузки на него. И все же я не вижу там транзисторов. Поэтому я считаю, что есть веская причина, почему это делается именно таким образом, и я должен что-то здесь упустить. :-)

Аль Кепп
источник
4
Сколько лет вашей машине? Вы пытались провести какое-то исследование по переключению реле на что-то твердое состояние?
Энди ака
32
Я до сих пор помню, как люди называли транзисторы «трехконечными плавкими предохранителями» ...
Брайан Драммонд
5
Я просто думаю о парне в гараже, пытающемся выяснить, почему что-то больше не работает. Он нажимает кнопку, ждет «щелчка» реле, но ничего не слышит. Это сломано, или это транзистор? Это не может быть причиной, но это, вероятно, профессионал для реле. Проще сказать, сломались ли они.
Семпи
3
Как только автомобиль получит 100% SSR вместо электромеханического, люди будут кричать: куда делись старые добрые реле?
Марко Буршич
3
@Sempie Давно пора гаражным парням открывать системы OBD .
Дмитрий Григорьев

Ответы:

88

Реле намного более стабильны по температуре: герметичное реле имеет практически одинаковые характеристики при -30 ° C и + 70 ° C, причем обе температуры являются общими для автомобилей. Транзистор работает совершенно по-разному при -30 ° C и + 70 ° C, поэтому схема должна быть разработана с учетом этих изменений.

Однажды я работал над продуктом с температурным диапазоном от -55 ° C, в котором использовались как реле, так и полупроводниковые приборы. Самое смешное в дизайне заключалось в том, что при температуре ниже -20 ° C питалась только релейная часть, которая активировала нагреватели воздуха и включала полупроводниковую часть только при достижении температуры 0 ° C.

Реле также предлагают гальваническую изоляцию, которая эффективно ограничивает неисправности. Обычные отказы, такие как короткие замыкания, обычно повреждают только одно реле, тогда как в транзисторных цепях это может повлиять на несколько устройств. Бьюсь об заклад, люди по-прежнему хотят, чтобы мотор их автомобиля работал, даже когда умирает кондиционер или стеклоподъемник.

Дмитрий Григорьев
источник
11
Стоит отметить, что изоляция может быть обеспечена твердотельными устройствами, обычно с оптоизоляторами (или твердотельными реле, которые в основном представляют собой оптоизолятор и большой транзистор в одном корпусе).
Кто-то где-то
3
@SomeoneSomewhere Оригинальный вопрос о транзисторах. SSR хороши, но дороже, чем обычные реле.
Дмитрий Григорьев
10
Кроме того, основными преимуществами транзисторов перед реле являются то, что они маленькие и тихие (без движущихся частей). Это очень важно, когда вам нужно вписать миллионы из них в смартфон, в меньшей степени, если вам понадобится несколько десятков или около того в автомобиле. Под капотом достаточно места для столько реле, сколько нужно автомобилю, а маленькие шумы, которые они создают, полностью замаскированы звуком самого автомобиля.
Даррел Хоффман
10
Шум, создаваемый реле в автомобиле, фактически был непреднамеренной функцией удобства использования. Типичный звук "мигающий" происходит от звука, который реле мигает при включении и выключении мигающих лампочек. Эта «функция» сказала водителю, что мигалка включена. Теперь, когда реле стали тише, эффект часто воспроизводится через автомобильную стереосистему.
Филипп
1
@ Филипп Хорошая точка зрения на удобство использования: когда я переключался со старого Nissan на новую Toyota, мне не хватало этого щелчка в течение нескольких месяцев.
zmechanic
45

Автомобиль - это (все еще в современную эпоху) электрически жесткая среда. «Напряжение 12 В» обычно составляет от 13,5 до 15 В и может иногда достигать 80 В или более. Также может быть некоторый высокочастотный мусор на проводах от свечей зажигания.

Реле выдерживают это злоупотребление несколько лучше, чем транзисторы, по крайней мере, для «аналогичной цены».

Ecnerwal
источник
29
@DmitryGrigoryev, если реле стоит 1 доллар, и было подходящее, не менее надежное решение за 0,97 доллара, вы можете быть уверены, что инженеры Ford / Chevy / Toyota / etc выберут его.
Фотон
13
Не пытаясь принизить какого-либо конкретного производителя, @ThePhoton, в целом, некоторые производители сэкономят 3 ¢, даже если он менее подходящий или надежный.
FreeMan
3
Что может вызвать скачок до 80 В (или выше)?
Цифровая травма
12
@DigitalTrauma быстро отключает вентилятор. Вся энергия, накопленная в катушках двигателя, сбрасывается обратно в силовые шины.
rdtsc
2
Также обратите внимание, что лампы накаливания часто потребляют в десять раз больше своего рабочего тока в холодном состоянии. Реле могут быть легко определены для обработки этого всплеска тока. Мосфет должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы справиться с этим. Биполярному потребуется много базовых дисков.
Ричард
11

Реле просто проверены. Я думаю, что ответ прост как этот.

Механики часто хотят простое решение, которое хорошо работает. Люди просто переключают цепь с помощью реле.

Мой брат устанавливает специальную технику на грузовики для работы. Ему всегда нужно переключать то, что он придумывает: «О, давайте включим реле!». И он прав. Почему нет? Часто это самое простое решение, и оно отлично работает.

В некоторых ситуациях также может использоваться акустическая обратная связь. Просто подумай о своем индикаторе.

Робин
источник
Акустическая и температурная (теплая = активная) обратная связь работает до определенной точки. Я также видел реле со встроенными светодиодами, чтобы показать состояние, хотя не в автомобилях.
Дмитрий Григорьев
@ Робин Я слышал, что срок службы реле сравнительно меньше. Являются ли стандартные автомобильные реле более надежными? Или вы говорите о сср?
Сиэтэрамэн
11

Напряжение в автомобиле составляет всего около 12 В, что означает, что даже компоненты с умеренным питанием могут потреблять большие токи. Черта в моей машине освещена четырьмя лампами 12V 2W. Они потребляют ток 666 мА, чтобы осветить приборную панель! Если вы посмотрите на предохранители для всех цепей в вашем автомобиле, даже самый маленький будет 5А. Большинство из них будет иметь диапазон 10-20 А, а некоторые даже больше. Причина, по которой реле так популярны, заключается в том, что они долговечны, имеют низкое контактное сопротивление и (иногда) дешевле, чем твердотельные компоненты, способные выдерживать тот же ток. Многие современные автомобили на самом деле используют твердотельные реле, но они поставляются в кирпичной упаковке того же типа, чтобы не перепутать механику.

Роберт Стиффлер
источник
3
На самом деле, твердотельные реле более долговечны, но это не нужно в автомобилях. Большинство реле активируются один раз за пуск двигателя, поэтому через 10 лет движения два раза в день они будут работать при 7200 циклах или около того.
Дмитрий Григорьев
7
Это абсолютно правильно. Я должен был сказать "реле достаточно долговечны". Механические реле почти никогда не выходят из строя, если нет других электрических проблем. Больше всего переживаю машину, в которой они используются.
Роберт Стиффлер
2
@DmitryGrigoryev в зависимости от автомобиля, это не так. Вторыми по величине являются реле «Вентилятор», «Лампы» и «Звуковой сигнал», которые работают несколько раз, более одного раза за поездку (сигнал зависит от ярости дороги).
Прохожий
1
@ Дмитрий Григорьев: По моему опыту, ваши расчеты примерно в 4 раза ниже "нормальных". Около 30 000 циклов ближе к минимальному числу циклов.
Guill
2
@guill У большинства реле продолжительность жизни цикла превышает 30 000
Роберт Стиффлер
8

Реле имеют несколько преимуществ перед транзисторами.

  1. У них очень низкое сопротивление. В низковольтной системе высокой мощности это ценно, поскольку повышает эффективность и устраняет необходимость в радиаторе.
  2. У них очень низкая утечка в выключенном состоянии. Таким образом, их выходы могут быть подключены к некоммутируемой батарее, не беспокоясь о разрядке батареи.
  3. Они устойчивы к шипам, скачкам, колебаниям температуры и т. Д. Окружающая среда автомобиля - это тяжелое место как с электрической, так и с термической точки зрения, и разработка транзисторных цепей для выживания требует немало дополнительной работы.
  4. Они обеспечивают изоляцию. В то время как основания в автомобиле все вместе, в конечном счете, объединяются, изоляция все еще полезна, чтобы контролировать то, куда именно текут возвратные токи.
  5. Их можно легко использовать как для переключения на стороне высокого, так и на низкого уровня, а их входы могут переключаться как на стороне высокого, так и на низкого уровня. Использование N-канальных стоек (тип с лучшими характеристиками) для переключения на стороне высокого напряжения требует, чтобы напряжение привода затвора превышало напряжение основного источника питания.

Реле также имеют несколько недостатков по сравнению с транзисторами.

  1. Катушка требует немного энергии.
  2. Цикл жизни ограничен
  3. Они физически большие

Так что для мощных устройств, которые редко переключаются, реле обычно выигрывают. Для сложных и / или высокоскоростных устройств управления полупроводниковая электроника обычно выигрывает.

Питер Грин
источник
2

Могу ли я сохранить это действительно простым? У автомобиля есть множество условий, при которых он сильно эксплуатируется. И, как указали другие выше, они довольно значительны. Требования включают в себя надежную модель качества компонентов.

Итог ... причина для реле над твердотельными устройствами суммируется одним словом.

ЦЕНА.

Предоставлять реле дешевле, чем предоставлять твердотельные устройства для выполнения этой функции. Когда цены на твердотельные устройства будут ниже, чем у реле, производители автомобилей перейдут на твердотельные устройства. Стоимость является основной движущей силой, когда дело доходит до таких решений.

Редактировать:

10-амперное реле стоит в 10 раз дороже, чем 10-амперный автомобильный усилитель мощности. - прохожий

Так что я не совсем уверен, что это справедливое сравнение. Я думаю, что большинство автомобильных реле несут больше тока, чем это. (От 25 до 60 ампер?) Кроме того, помните, что мы полностью изолированы между сигналом и выходом с помощью реле. Предположим, что автопроизводители хотят сохранить эту концепцию изоляции. Сколько будет стоить запуск оптико-изолированного мосфета на 30 А? О, и лучше поместите это в хороший штекер в контейнере, лучше всего, если это идеальная замена для существующего реле.

Кроме того, есть еще один фактор, связанный с ценой. Помните, что где-то есть поставщики, которые инвестировали миллионы и миллионы долларов в автоматизацию и оснащение своих заводов по производству реле. Кроме того, они нанимают целую кучу людей. Как вы думаете, что эти ребята взимают за реле? Ответ: Столько, сколько они думают, что могут сойти с рук. Угадайте, что произойдет, когда производители автомобильного оригинального оборудования (OEM) скажут тем людям, которые думают о переходе на технологию Mosfet ... как вы уже догадались, цена сразу падает. Возможно, не имеет значения, что они теряют деньги, у них огромная амортизация, постоянные затраты и много сотрудников.

Меня не удивит, что реальное ценовое преимущество Mosfets над реле задерживается в реализации по чисто деловым причинам, скажем, на пять лет. Меня также не удивило бы, если бы у некоторых из этих компаний были хорошие сделки с OEM-производителями (например, я хочу вложить много денег в мой процесс, чтобы снизить мои затраты на рабочую силу и, следовательно, мою цену для вас, но я сделаю это только в том случае, если У меня есть пятилетнее договорное обязательство по продукту.)

zipzit
источник
3
10-амперное реле стоит в 10 раз дороже, чем 10-амперный автомобильный усилитель мощности.
Прохожий
1
most automotive relays carry more current than that. 25 to 60 amps?Варьируется. Главный выключатель питания, конечно. Но вентиляторы, насосы, фары, рупор обычно имеют 5 ~ 20.
Прохожий
Additionally remember we're totally isolated between signal and output with the relay.Не так, как они подключены. Большинство из них питаются от того же источника, к которому подключается коммутируемая цепь. Изоляция не кажется важной, основываясь на схемах электропроводки, которые я видел. Типичный главный двигатель, фара и клаксон i.stack.imgur.com/TDWEC.png i.stack.imgur.com/9mkUy.png От 99 Camry. Нет изоляции. Когда все в основном 12 В и тот же аккумулятор ...
Прохожий
0

Реле будут использоваться вместо полупроводниковых компонентов по следующим причинам

  1. Более долговечны - широкий диапазон рабочих температур, шипы.
  2. нет необходимости радиатора.
  3. очень низкий уровень сопротивления.
  4. Изолирует нагрузку полностью в выключенном состоянии.
  5. Низкая стоимость по сравнению с таким же токопроводящим полупроводником.
  6. Сервисная точка зрения - (большинство автомобильных реле и предохранителей подключаются и работают ...) - что сложно, когда мы используем полупроводник (его необходимо извлечь из печатной платы)
Сатиш Сингупурам
источник