Por que existem tantos relés usados ​​em um carro, em vez de transistores?

Recentemente, fiz alguns trabalhos nos circuitos elétricos do meu carro. Vejo que muitos relés são usados ​​em circuitos de automóveis. Esses relés são usados ​​para comutação simples, e eu me pergunto por que esses circuitos são baseados em relés e não em transistores ou outros componentes eletrônicos utilizáveis ​​para fins de comutação. Eu pensei que os transistores eram mais baratos, menores e mais confiáveis ​​do que os relés el-mech clássicos para comutação.

Nota: Em aplicações automotivas, uma bateria de 12V é usada para alimentar a bobina de um relé e a mesma energia de 12V é a que é comutada pelo relé. Às vezes, um relé muda apenas outra linha de sinal, ou seja, sem nenhuma carga de energia alta. E ainda assim, não vejo transistores lá. Então, acredito que há uma sólida razão pela qual isso é feito dessa maneira, e devo estar perdendo alguma coisa aqui. :-)

Os relés são muito mais estáveis ​​em termos de temperatura: um relé selado possui essencialmente as mesmas características a -30 ° C e + 70 ° C, sendo ambas as temperaturas comuns para carros. Um transistor funciona de maneira bastante diferente a -30 ° C e + 70 ° C, portanto o esquema deve ser projetado para levar em conta essas variações.

Certa vez, trabalhei em um produto com faixa de temperatura começando em -55 ° C, que usava relés e dispositivos semicondutores. A parte engraçada do projeto foi que, abaixo de -20 ° C, apenas a parte do relé era alimentada, o que ativava os aquecedores de ar e só ligava a parte do semicondutor quando a temperatura atingisse 0 ° C.

Os relés também oferecem isolamento galvânico, o que limita efetivamente as falhas. Falhas comuns como curtos-circuitos geralmente danificam apenas um relé, enquanto que em circuitos baseados em transistor vários dispositivos ao longo do caminho seriam afetados. Aposto que as pessoas ainda querem que o motor do carro funcione mesmo quando o ar condicionado ou o elevador da janela morre.

Um carro é (ainda, na era moderna) um ambiente eletricamente severo. A "fonte de 12V" normalmente é de 13,5 a 15 V e, ocasionalmente, pode atingir 80V ou mais. Também pode haver algum lixo de alta frequência nos fios das velas de ignição.

Os relés suportam esse abuso um pouco melhor que os transistores, pelo menos por "um preço semelhante".

Os relés são bem testados. Eu acho que a resposta é simples assim.

A mecânica geralmente quer uma solução simples, que funcione bem. Está na mente das pessoas trocar um circuito com relés.

Meu irmão monta alguns equipamentos especiais em caminhões para o trabalho. Sempre ele precisa mudar algo que ele apresenta: "Oh, vamos colocar um revezamento lá!". E ele está certo. Por que não? Geralmente é a solução mais simples e funciona bem.

Em algumas situações, o feedback acústico também pode ser usado. Basta pensar no seu indicador.

A voltagem em um carro é de apenas 12V, o que significa que mesmo componentes com alimentação moderada podem atrair grandes correntes. O painel no meu carro é iluminado por quatro lâmpadas de 12V 2W. Eles desenham uma corrente de 666mA apenas para iluminar o painel! Se você olhar para os fusíveis de todos os circuitos do seu carro, até os menores serão 5A. A maioria será de 10 a 20A e alguns até mais do que isso. A razão pela qual os relés são tão populares é porque são duráveis, têm baixa resistência ao contato e são (às vezes) mais baratos que os componentes de estado sólido que podem lidar com a mesma corrente. Muitos carros modernos realmente usam relés de estado sólido, mas eles vêm no mesmo tipo de embalagem de tijolos para não confundir nenhuma mecânica.

Os relés têm algumas vantagens sobre os transistores.

1. Eles têm uma resistência muito baixa. Em um sistema de alta tensão e baixa tensão, isso é valioso, pois melhora a eficiência e elimina a necessidade de dissipação de calor.
2. Eles têm vazamento muito baixo quando desligados. Portanto, suas saídas podem ser conectadas à energia da bateria sem comutação sem se preocupar com o esgotamento da bateria.
3. Eles são robustos contra picos, sobretensões, variações de temperatura etc. O ambiente de um carro é um local hostil, tanto elétrica quanto termicamente, e projetar circuitos de transistor para sobreviver a ele exige um bom trabalho extra.
4. Eles fornecem isolamento. Enquanto as áreas de um carro acabam se unindo, o isolamento ainda é útil para manter o controle de onde exatamente as correntes de retorno fluem.
5. Eles podem ser facilmente usados ​​para comutação do lado alto ou do lado inferior e suas entradas podem ser comutadas pelo lado alto ou baixo. O uso de fets de canal N (o tipo com melhor desempenho) para comutação do lado alto requer uma tensão de acionamento de porta acima da tensão da fonte de alimentação principal.

Os relés também apresentam algumas desvantagens em relação aos transistores.

1. A bobina requer um pouco de energia.
2. O ciclo de vida é limitado
3. Eles são fisicamente grandes

Portanto, para coisas de alta potência que trocam relés com pouca frequência, geralmente vencem. Para coisas de controle complexas e / ou de alta velocidade, os eletrônicos de estado sólido geralmente vencem.

Posso manter isso bem simples? O carro tem um conjunto de condições sob as quais opera muito. E, como outros já indicaram, eles são bastante significativos. Os requisitos incluem um sólido padrão de desempenho para a qualidade dos componentes.

Conclusão ... o motivo dos relés em dispositivos de estado sólido é resumido em uma única palavra.

PREÇO.

É mais barato fornecer relés do que fornecer dispositivos de estado sólido para executar essa função. Quando os dispositivos de estado sólido caírem no preço abaixo dos relés, os fabricantes de automóveis passarão para dispositivos de estado sólido. O custo é um dos principais impulsionadores quando se trata de decisões como essa.

Editar:

Um relé de 10 ampères custa 10 vezes mais que um mosfet de potência automotiva de 10 amp. - Transeunte

Portanto, não tenho certeza de que seja uma comparação justa. Acho que a maioria dos relés automotivos carrega mais corrente do que isso. (25 a 60 ampères?) Além disso, lembre-se de que estamos totalmente isolados entre sinal e saída com o relé. Suponha que os OEMs automotivos desejem manter esse conceito de isolamento. Qual será o custo de um mosfet de 30 amp opti-isolado? Ah, e é melhor colocar isso em um bom plug-in container, melhor se for uma queda perfeita em substituição a um relé existente.

Além disso, há mais um fator relacionado ao PRICE. Lembre-se de que existem fornecedores por aí que investiram milhões e milhões de dólares para automatizar e ferramentar suas fábricas de relés. Além disso, eles empregam um monte de gente. O que você acha que esses caras cobram por revezamentos? Resposta: Por mais que eles achem que podem se safar. Adivinhe o que acontece quando os Fabricantes de Equipamentos Originais (OEMs) dizem às pessoas que estão pensando em mudar para a tecnologia Mosfet ... você adivinhou, há uma queda imediata no preço. Pode não importar que eles estejam perdendo dinheiro, eles têm uma enorme amortização, custos fixos e muitos funcionários.

Não me surpreenderia que uma verdadeira vantagem de preço dos Mosfets em relação aos relés seja atrasada na implementação por razões puramente comerciais por um período de, digamos, cinco anos. Também não me surpreenderia se algumas dessas empresas tivessem acordos com os OEMs (por exemplo, quero investir muito dinheiro no meu processo para reduzir meus custos de mão-de-obra e, portanto, meu preço para você, mas só o farei se Tenho um compromisso contratual de cinco anos para o produto.)

Os relés serão usados ​​no lugar dos componentes semicondutores devido às seguintes razões

1. Mais durável - amplas faixas de temperatura de operação, picos.
2. não há necessidade de dissipador de calor.
3. muito baixa resistência ao estado.
4. Isola completamente a carga no estado desligado.
5. Baixo custo quando comparado ao mesmo semicondutor condutor de corrente.
6. Ponto de vista de serviço - (a maioria dos relés e fusíveis de automóveis são plug and play ...) - o que é difícil quando usamos semicondutores (ele deve ser removido da placa de circuito impresso)