Почему в автомобиле используется так много реле вместо транзисторов?

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. :-)

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.

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».

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.

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.

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.

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.)

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)