Warum werden in einem Auto so viele Relais anstelle von Transistoren verwendet?

Vor kurzem habe ich ein paar Arbeiten an meinen Auto-Stromkreisen durchgeführt. Ich sehe, dass viele Relais in Autoschaltungen verwendet werden. Diese Relais dienen zum einfachen Schalten, und ich frage mich, warum diese Schaltungen auf Relais und nicht auf Transistoren oder anderen elektronischen Bauteilen basieren, die zum Schalten verwendet werden können. Ich fand Transistoren billiger, kleiner und zuverlässiger als klassische el-mech Relais zum Schalten.

Hinweis: In Autoanwendungen wird eine 12-V-Autobatterie verwendet, um die Spule eines Relais mit Strom zu versorgen. Dieselbe 12-V-Spannung wird vom Relais geschaltet. Manchmal schaltet ein Relais nur eine andere Signalleitung, dh ohne hohe Last. Und trotzdem sehe ich dort keine Transistoren. Ich glaube, es gibt einen soliden Grund, warum dies so gemacht wird, und ich muss hier etwas vermissen. :-)

Relais sind temperaturstabiler: Ein abgedichtetes Relais hat bei -30 ° C und + 70 ° C im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften, wobei beide Temperaturen für Autos üblich sind. Ein Transistor arbeitet bei -30 ° C und + 70 ° C sehr unterschiedlich, daher muss der Schaltplan so ausgelegt werden, dass diese Schwankungen berücksichtigt werden.

Ich habe einmal an einem Produkt mit einem Temperaturbereich von -55 ° C gearbeitet, bei dem sowohl Relais als auch Halbleiterbauelemente zum Einsatz kamen. Das lustige an der Konstruktion war, dass unter -20 ° C nur der Relaisteil mit Strom versorgt wurde, der die Lufterhitzer aktivierte und den Halbleiterteil erst einschaltete, wenn die Temperatur 0 ° C erreichte.

Relais bieten auch eine galvanische Trennung, wodurch Fehler effektiv eingegrenzt werden. Häufige Ausfälle wie Kurzschlüsse beschädigen normalerweise nur ein Relais, wohingegen in Transistorschaltkreisen mehrere Geräte auf dem Weg betroffen wären. Ich wette, die Leute wollen immer noch, dass der Motor ihres Autos läuft, auch wenn die Klimaanlage oder ein Fensterheber sterben.

Ein Auto ist (noch in der Neuzeit) eine elektrisch raue Umgebung. Die "12-V-Versorgung" beträgt typischerweise 13,5 bis 15 V und kann gelegentlich auf 80 V oder mehr ansteigen. Möglicherweise liegt auch Hochfrequenzmüll an den Kabeln der Zündkerzen vor.

Relais ertragen diesen Missbrauch etwas besser als Transistoren, zumindest für "einen ähnlichen Preis".

Relais sind einfach ausprobiert. Ich denke, die Antwort ist so einfach.

Mechaniker wollen oft eine einfache Lösung, die gut funktioniert. Es ist nur im Kopf der Leute, einen Stromkreis mit Relais zu schalten.

Mein Bruder montiert eine Spezialausrüstung auf Lastwagen für die Arbeit. Immer muss er etwas umstellen, das ihm einfällt: "Oh, lass uns da ein Relais reinstecken!". Und er hat recht. Warum nicht? Es ist oft die einfachste Lösung und funktioniert einwandfrei.

In einigen Situationen kann auch die akustische Rückmeldung verwendet werden. Denken Sie nur an Ihren Indikator.

Die Spannung in einem Auto beträgt nur etwa 12 V, was bedeutet, dass auch mäßig angetriebene Komponenten große Ströme ziehen können. Das Armaturenbrett in meinem Auto wird von vier 12-V-2-W-Lampen beleuchtet. Sie ziehen einen Strom von 666mA, nur um das Armaturenbrett anzuzünden! Wenn Sie sich die Sicherungen für alle Stromkreise in Ihrem Auto ansehen, beträgt auch die kleinste 5A. Die meisten werden 10-20A reichen und manche sogar noch mehr. Der Grund, warum Relais so beliebt sind, ist, dass sie langlebig sind, einen geringen Übergangswiderstand aufweisen und (manchmal) billiger als Halbleiterkomponenten sind, die denselben Strom verarbeiten können. Viele moderne Autos verwenden zwar Halbleiterrelais, sie werden jedoch in derselben Art von Ziegelverpackung geliefert, um die Mechaniker nicht zu verwirren.

Relais haben einige Vorteile gegenüber Transistoren.

1. Sie haben einen sehr geringen Einschaltwiderstand. In einem Hochleistungs-Niederspannungssystem ist dies von großem Wert, da es den Wirkungsgrad verbessert und die Notwendigkeit eines Kühlkörpers beseitigt.
2. Sie haben im ausgeschalteten Zustand eine sehr geringe Leckage. So können ihre Ausgänge mit ungeschalteter Batterieleistung verbunden werden, ohne dass die Batterie entladen werden muss.
3. Sie sind robust gegen Spannungsspitzen, Spannungsspitzen, Temperaturschwankungen usw. Die Umgebung eines Autos ist sowohl elektrisch als auch thermisch rau und das Entwerfen von Transistorschaltungen, um zu überleben, erfordert einiges an zusätzlicher Arbeit.
4. Sie sorgen für Isolation. Während die Gründe in einem Auto schließlich alle zusammen kommen, ist Isolation immer noch nützlich, um die Kontrolle darüber zu behalten, wo genau die Rückströme fließen.
5. Sie können problemlos für High-Side- oder Low-Side-Schaltvorgänge verwendet werden, und ihre Eingänge können entweder High- oder Low-Side-Schaltvorgänge sein. Die Verwendung von N-Kanal-Fets (der leistungsstärkere Typ) für das High-Side-Schalten erfordert eine Gate-Ansteuerspannung über der Hauptversorgungsspannung.

Relais haben auch einige Nachteile gegenüber Transistoren.

1. Die Spule benötigt einiges an Kraft.
2. Die Lebensdauer ist begrenzt
3. Sie sind physisch groß

Also für High-Power-Sachen, die Relais in der Regel selten schalten, gewinnen. Für komplexe und / oder Hochgeschwindigkeitsregelungssachen gewinnt in der Regel die Festkörperelektronik.

Kann ich das wirklich einfach halten? Das Auto hat eine Reihe von Bedingungen, unter denen es viel arbeiten. Und wie andere oben angedeutet haben, sind sie ziemlich bedeutend. Die Anforderungen umfassen ein solides Leistungsmuster für die Bauteilqualität.

Fazit ... der Grund für Relais über Solid-State-Geräte wird in einem einzigen Wort zusammengefasst.

PREIS.

Die Bereitstellung von Relais ist billiger als die Bereitstellung von Halbleiterbauelementen für diese Funktion. Wenn die Preise für Solid-State-Geräte unter die von Relais fallen, werden die Automobilhersteller auf Solid-State-Geräte umsteigen. Bei solchen Entscheidungen spielen die Kosten eine wichtige Rolle.

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Ein 10-A-Relais kostet das 10-fache eines 10-A-Kfz-Power-Mosfets. - Passant

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das ein fairer Vergleich ist. Ich denke, die meisten Kfz-Relais sind aktueller. (25 bis 60 Ampere?) Denken Sie außerdem daran, dass wir beim Relais zwischen Signal und Ausgang völlig isoliert sind. Angenommen, die Automobilhersteller möchten dieses Isolationskonzept beibehalten. Was kostet ein optisch isoliertes 30-A-Mosfet? Oh, und platzieren Sie das besser in einem schönen Plug-In-Behälter, am besten, wenn es ein perfekter Ersatz für ein vorhandenes Relais ist.

Zusätzlich gibt es einen weiteren Faktor, der mit dem PREIS zusammenhängt. Denken Sie daran, dass es irgendwo Lieferanten gibt, die Millionen und Abermillionen von Dollar investiert haben, um ihre Relaisfertigungsanlagen zu automatisieren und auszurüsten. Zusätzlich beschäftigen sie eine ganze Reihe von Leuten. Was glauben Sie, berechnen diese Jungs für Staffeln? Antwort: Soweit sie glauben, können sie damit durchkommen. Ratet mal, was passiert, wenn die Automobilhersteller (Original Equipment Manufacturers, OEMs) den Leuten mitteilen, dass sie über eine Umstellung auf Mosfet-Technologie nachdenken. Es mag egal sein, dass sie Geld verlieren, sie haben eine enorme Amortisation und feste Kosten und viele Mitarbeiter.

Es würde mich nicht überraschen, dass ein echter Preisvorteil von Mosfets gegenüber Relais bei der Implementierung aus rein geschäftlichen Gründen um einen Zeitraum von beispielsweise fünf Jahren verzögert wird. Es würde mich auch nicht überraschen, wenn einige dieser Unternehmen gute Geschäfte mit den OEMs machen würden (z. B. möchte ich viel Geld in meinen Prozess investieren, um meine Arbeitskosten und damit meinen Preis für Sie zu senken, aber das mache ich nur, wenn Ich habe eine vertragliche Verpflichtung von fünf Jahren für das Produkt.)

Relais werden aus folgenden Gründen anstelle von Halbleiterbauelementen verwendet

1. Langlebiger - weite Betriebstemperaturbereiche, Spitzen.
2. Kein Kühlkörper erforderlich.
3. Sehr geringer staatlicher Widerstand.
4. Trennt die Last vollständig im ausgeschalteten Zustand.
5. Niedrige Kosten im Vergleich zum gleichen stromleitenden Halbleiter.
6. Service-Sicht - (die meisten Relais und Sicherungen im Auto sind Plug-and-Play-fähig ...) - was bei Verwendung von Halbleitern schwierig ist (muss von der Leiterplatte entfernt werden)