Dlaczego w samochodzie jest tyle przekaźników zamiast tranzystorów?

Ostatnio pracowałem nad obwodami elektrycznymi samochodu. Widzę wiele przekaźników używanych w obwodach samochodowych. Przekaźniki te są używane do prostego przełączania i zastanawiam się, dlaczego te obwody są oparte na przekaźnikach, a nie na tranzystorach lub innych elementach elektronicznych nadających się do przełączania. Myślałem, że tranzystory są tańsze, mniejsze i bardziej niezawodne niż klasyczne przekaźniki el-mech do przełączania.

Uwaga: W zastosowaniach samochodowych do zasilania cewki przekaźnika wykorzystywany jest akumulator samochodowy 12 V. Ta sama moc 12 V jest przełączana przez przekaźnik. Czasami przekaźnik przełącza tylko inną linię sygnałową, tj. Bez żadnego dużego obciążenia energetycznego. Mimo to nie widzę tam tranzystorów. Uważam więc, że istnieje uzasadniony powód, dla którego tak się dzieje, i muszę coś tu przegapić. :-)

Przekaźniki są znacznie bardziej stabilne pod względem temperatury: uszczelniony przekaźnik ma zasadniczo takie same właściwości w temperaturach -30 ° C i + 70 ° C, przy czym obie temperatury są wspólne dla samochodów. Tranzystor działa całkiem inaczej w temperaturach -30 ° C i + 70 ° C, więc schemat musi zostać zaprojektowany w celu uwzględnienia tych zmian.

Kiedyś pracowałem nad produktem o zakresie temperatur od -55 ° C, który wykorzystywał zarówno przekaźniki, jak i urządzenia półprzewodnikowe. Zabawne było to, że poniżej -20 ° C zasilana była tylko część przekaźnikowa, która aktywowała nagrzewnice powietrza i włączała część półprzewodnikową dopiero, gdy temperatura osiągnie 0 ° C.

Przekaźniki oferują również izolację galwaniczną, która skutecznie ogranicza uszkodzenia. Częste awarie, takie jak zwarcia, zwykle uszkadzają tylko jeden przekaźnik, podczas gdy w obwodach opartych na tranzystorach mogłoby to mieć wpływ na kilka urządzeń po drodze. Założę się, że ludzie nadal chcą, aby silnik ich samochodu działał, nawet gdy umiera klimatyzator lub podnośnik szyb.

Samochód jest (nadal, w epoce nowożytnej) trudnym elektrycznie środowiskiem. „Zasilanie 12 V” wynosi zwykle od 13,5 do 15 V, a czasami może wzrosnąć do 80 V lub więcej. Przewody z świec zapłonowych mogą być również uszkodzone przez wysoką częstotliwość.

Przekaźniki znoszą to nadużycie nieco lepiej niż tranzystory, przynajmniej za „podobną cenę”.

Przekaźniki są po prostu dobrze wypróbowane. Myślę, że odpowiedź jest prosta.

Mechanicy często chcą prostego rozwiązania, które działa dobrze. Ludzie po prostu przełączają obwód za pomocą przekaźników.

Mój brat montuje na ciężarówkach specjalny sprzęt do pracy. Zawsze musi zmienić coś, co wymyślił: „Och, włóżmy tam przekaźnik!”. I ma rację. Dlaczego nie? Często jest to najprostsze rozwiązanie i działa dobrze.

W niektórych sytuacjach można również zastosować sprzężenie akustyczne. Pomyśl tylko o swoim wskaźniku.

Napięcie w samochodzie wynosi tylko około 12 V, co oznacza, że ​​nawet umiarkowanie zasilane komponenty mogą pobierać duże prądy. Deska rozdzielcza w moim samochodzie jest oświetlona czterema żarówkami 12V 2W. Pobierają prąd 666 mA tylko po to, by rozjaśnić deskę rozdzielczą! Jeśli spojrzysz na bezpieczniki wszystkich obwodów w samochodzie, nawet najmniejszy będzie wynosił 5A. Większość będzie miała zakres 10-20 A, a niektóre nawet więcej. Przekaźniki są tak popularne, ponieważ są trwałe, mają niską rezystancję styku i są (czasem) tańsze niż elementy półprzewodnikowe, które mogą obsługiwać ten sam prąd. Wiele współczesnych samochodów faktycznie używa przekaźników półprzewodnikowych, ale są one dostarczane w tym samym typie cegieł, aby nie mylić żadnej mechaniki.

Przekaźniki mają kilka zalet w stosunku do tranzystorów.

1. Mają bardzo niski opór. W układzie niskiego napięcia o dużej mocy jest to cenne, ponieważ poprawia wydajność i eliminuje potrzebę radiatora.
2. Mają bardzo niski wyciek, gdy są wyłączone. Ich wyjścia można podłączyć do nieprzełączonej mocy akumulatora, nie martwiąc się o jego wyczerpanie.
3. Są odporne na kolce, przepięcia, wahania temperatury itp. Środowisko samochodu jest trudnym miejscem zarówno pod względem elektrycznym, jak i termicznym, a projektowanie obwodów tranzystorowych, aby przetrwać, wymaga sporo dodatkowej pracy.
4. Zapewniają izolację. Podczas gdy uziemienia w samochodzie ostatecznie się spotykają, izolacja jest nadal przydatna, aby zachować kontrolę nad tym, gdzie dokładnie płyną prądy powrotne.
5. Można je łatwo zastosować do przełączania po stronie wysokiej lub niskiej, a ich wejścia mogą być przełączane po stronie wysokiej lub niskiej. Użycie płetw N-kanałowych (typu o lepszych parametrach) do przełączania po stronie wysokiej wymaga napięcia napędu bramki powyżej napięcia głównego zasilania.

Przekaźniki mają również kilka wad w stosunku do tranzystorów.

1. Cewka wymaga sporej mocy.
2. Cykl życia jest ograniczony
3. Są fizycznie duże

Tak więc w przypadku urządzeń o dużej mocy, które rzadko się przełączają, przekaźniki zazwyczaj wygrywają. W przypadku skomplikowanych i / lub szybkich elementów sterujących elektronika półprzewodnikowa zazwyczaj wygrywa.

Czy mogę to naprawdę uprościć? Samochód ma zestaw warunków, w których dużo działa. I jak wskazali inni powyżej, są one dość znaczące. Wymagania obejmują solidny wzorzec wydajności dla jakości komponentów.

Podsumowując ... przyczyna przekaźników nad urządzeniami półprzewodnikowymi jest podsumowana jednym słowem.

CENA £.

Tańsze jest dostarczanie przekaźników niż dostarczanie urządzeń półprzewodnikowych do wykonywania tej funkcji. Gdy ceny urządzeń półprzewodnikowych spadną poniżej ceny przekaźników, producenci samochodów przestawią się na urządzenia półprzewodnikowe. Koszt jest głównym czynnikiem wpływającym na takie decyzje.

Edytować:

Przekaźnik 10 A kosztuje 10 razy więcej niż 10-amperowy mosfet klasy samochodowej. - Przechodzień

Nie jestem więc pewien, czy to uczciwe porównanie. Myślę, że większość przekaźników samochodowych ma więcej prądu. (Od 25 do 60 amperów?) Dodatkowo pamiętasz, że jesteśmy całkowicie izolowani między sygnałem a wyjściem z przekaźnikiem. Załóżmy, że producenci OEM z branży motoryzacyjnej chcieliby zachować tę koncepcję izolacji. Ile kosztuje uruchomienie izolowanego optycznie mosfetu 30 A? Aha, i lepiej umieścić to w ładnym pojemniku z wtyczką, najlepiej, jeśli jest to idealny spadek w zamian za istniejący przekaźnik.

Dodatkowo jest jeszcze jeden czynnik związany z CENĄ. Pamiętaj, że gdzieś tam są dostawcy, którzy zainwestowali miliony dolarów w automatyzację i wyposażenie swoich zakładów produkcji przekaźników. Dodatkowo zatrudniają całą masę ludzi. Jak myślisz, co ci faceci pobierają za przekaźniki? Odpowiedź: O ile im się wydaje, że mogą uciec. Zgadnij, co się stanie, gdy producenci oryginalnego sprzętu samochodowego (OEM) powiedzą tym ludziom, którzy myślą o przejściu na technologię Mosfet ... zgadłeś, że cena natychmiast spadła. Może nie mieć znaczenia, że ​​tracą pieniądze, mają ogromną amortyzację, stałe koszty i wielu pracowników.

Nie zdziwiłoby mnie to, że prawdziwa przewaga cenowa Mosfetów nad przekaźnikami jest opóźniona w realizacji ze względów czysto biznesowych na okres, powiedzmy, pięciu lat. Nie zdziwiłbym mnie również, gdyby niektóre z tych firm miały sympatie z producentami OEM (np. Chcę zainwestować dużo pieniędzy w mój proces, aby obniżyć koszty pracy, a tym samym moją cenę dla ciebie, ale zrobię to tylko, jeśli Mam pięcioletnie zobowiązanie umowne dotyczące produktu).

Przekaźniki będą stosowane zamiast elementów półprzewodnikowych z następujących powodów

1. Bardziej trwały - szeroki zakres temperatur pracy, skoki.
2. nie ma potrzeby stosowania radiatora.
3. bardzo niska odporność na stan.
4. Całkowicie izoluje ładunek w stanie wyłączonym.
5. Niski koszt w porównaniu do tego samego półprzewodnika przewodzącego prąd.
6. Punkt widzenia usługi - (większość przekaźników samochodowych i bezpieczników jest plug and play ...) - co jest trudne, gdy używamy półprzewodników (należy go usunąć z płytki drukowanej)