¿Por qué se usan tantos relés en un automóvil, en lugar de transistores?

Recientemente trabajé en los circuitos eléctricos de mi automóvil. Veo que muchos relés se usan en circuitos de automóviles. Estos relés se utilizan para una conmutación simple, y me pregunto por qué estos circuitos se basan en relés y no en transistores u otros componentes electrónicos utilizables para fines de conmutación. Pensé que los transistores eran más baratos, más pequeños y más confiables que los relés el-mech clásicos para la conmutación.

Nota: En las aplicaciones para automóviles, se utiliza una batería de automóvil de 12 V para alimentar la bobina de un relé y la misma potencia de 12 V es la que activa el relé. A veces, un relé conmuta solo otra línea de señal, es decir, sin carga de alta potencia. Y aún así, no puedo ver transistores allí. Así que creo que hay una razón sólida por la que se hace de esta manera, y debo estar perdiendo algo aquí. :-)

Los relés son mucho más estables en cuanto a temperatura: un relé sellado tiene esencialmente las mismas características a -30 ° C y + 70 ° C, ambas temperaturas son comunes para los automóviles. Un transistor funciona de manera bastante diferente a -30 ° C y + 70 ° C, por lo que el esquema debe diseñarse para tener en cuenta esas variaciones.

Una vez trabajé en un producto con un rango de temperatura a partir de -55 ° C, que utilizaba tanto relés como dispositivos semiconductores. La parte divertida del diseño fue que por debajo de -20 ° C solo se alimentaba la parte del relé, que activaba los calentadores de aire y solo activaba la parte del semiconductor una vez que la temperatura alcanzaba los 0 ° C.

Los relés también ofrecen aislamiento galvánico, que efectivamente limita las fallas. Las fallas comunes como los cortocircuitos generalmente dañan solo un relé, mientras que en los circuitos basados ​​en transistores, varios dispositivos en el camino se verían afectados. Apuesto a que la gente todavía quiere que el motor de su auto funcione, incluso cuando el aire acondicionado o el elevador de la ventana mueren.

Un automóvil es (aún en la era moderna) un entorno eléctricamente hostil. El "suministro de 12V" es típicamente de 13.5 a 15 V, y ocasionalmente puede aumentar a 80V o más. También puede haber algo de basura de alta frecuencia en los cables de las bujías.

Los relés soportan ese abuso algo mejor que los transistores, al menos por "un precio similar".

Los relés están bien probados. Creo que la respuesta es tan simple como eso.

La mecánica a menudo quiere una solución simple, que funcione bien. Está en la mente de la gente cambiar un circuito con relés.

Mi hermano monta algunos equipos especiales en camiones para el trabajo. Siempre necesita cambiar algo que se le ocurre: "¡Oh, pongamos un relé allí!". Y tiene razón. Por qué no? A menudo es la solución más simple y funciona bien.

En algunas situaciones, la retroalimentación acústica también se puede utilizar. Solo piensa en tu indicador.

El voltaje en un automóvil es de aproximadamente 12 V, lo que significa que incluso los componentes de potencia moderada pueden generar grandes corrientes. El tablero de mi auto está iluminado por cuatro bombillas de 12 V y 2 W. ¡Dibujan una corriente de 666 mA solo para iluminar el tablero! Si observa los fusibles de todos los circuitos de su automóvil, incluso el más pequeño será de 5A. La mayoría tendrá un rango de 10-20 A y algunos incluso más que eso. La razón por la cual los relés son tan populares es porque son duraderos, tienen baja resistencia de contacto y (a veces) son más baratos que los componentes de estado sólido que pueden manejar la misma corriente. Muchos autos modernos en realidad usan relés de estado sólido, pero vienen en el mismo tipo de empaque de ladrillo para no confundir a los mecánicos.

Los relés tienen algunas ventajas sobre los transistores.

1. Tienen una resistencia muy baja. En un sistema de alta tensión y bajo voltaje, esto es valioso ya que mejora la eficiencia y elimina la necesidad de disipar el calor.
2. Tienen muy poca fuga cuando están apagados. Por lo tanto, sus salidas se pueden conectar a una batería sin conmutar sin preocuparse por agotar la batería.
3. Son robustos contra picos, sobretensiones, variaciones de temperatura, etc. El entorno de un automóvil es un lugar hostil, tanto eléctrica como térmicamente, y el diseño de circuitos de transistores para sobrevivir requiere un poco de trabajo extra.
4. Proporcionan aislamiento. Si bien los terrenos de un automóvil finalmente se unen, el aislamiento sigue siendo útil para mantener el control de dónde fluyen exactamente las corrientes de retorno.
5. Se pueden usar fácilmente para la conmutación de lado alto o bajo y sus entradas pueden ser conmutadas de lado alto o bajo. El uso de fuentes de canal N (el tipo de mejor rendimiento) para la conmutación de lado alto requiere un voltaje de accionamiento de la puerta por encima del voltaje de la fuente de alimentación principal.

Los relés también tienen algunas desventajas sobre los transistores.

1. La bobina requiere un poco de potencia.
2. El ciclo de vida es limitado.
3. Son físicamente grandes

Entonces, para cosas de alta potencia que cambian con poca frecuencia, los relés generalmente ganan. Para cosas complejas y / o de alta velocidad, la electrónica de estado sólido generalmente gana.

¿Puedo mantener esto realmente simple? El automóvil tiene un conjunto de condiciones bajo las cuales opera mucho. Y como otros han indicado anteriormente, son bastante significativos. Los requisitos incluyen un patrón de rendimiento sólido para la calidad de los componentes.

En pocas palabras ... el motivo de los relés sobre dispositivos de estado sólido se resume en una sola palabra.

PRECIO.

Es más barato proporcionar relés que proporcionar dispositivos de estado sólido para realizar esa función. Cuando los dispositivos de estado sólido bajan de precio por debajo de los relés, los fabricantes de automóviles cambiarán a dispositivos de estado sólido. El costo es un factor importante cuando se trata de decisiones como esta.

Editar:

Un relé de 10 amperios cuesta 10 veces más que un mosfet de potencia automotriz de 10 amperios. - Passerby

Entonces, no estoy muy seguro de que sea una comparación justa. Estoy pensando que la mayoría de los relés automotrices llevan más corriente que eso. (¿De 25 a 60 amperios?) Además, recuerde que estamos totalmente aislados entre la señal y la salida con el relé. Suponga que los OEM automotrices querrían mantener ese concepto de aislamiento. ¿Cuál será el costo de un mosfet de 30 amp ópticamente aislado? Ah, y mejor colóquelo en un buen enchufe en un contenedor, mejor si es una caída perfecta en reemplazo de un relé existente.

Además, hay un factor más relacionado con el PRECIO. Recuerde que hay proveedores en algún lugar que han invertido millones y millones de dólares para automatizar y equipar sus plantas de fabricación de relés. Además, emplean a un montón de gente. ¿Qué crees que cobran esos tipos por los relevos? Respuesta: Por mucho que piensen que pueden salirse con la suya. Adivine qué sucede cuando los fabricantes de equipos originales (OEM) automotrices les dicen a esas personas que están pensando en cambiar a la tecnología Mosfet ... lo adivinaron, hay una caída inmediata en el precio. Puede que no importe que estén perdiendo dinero, tienen una enorme amortización y costos fijos y muchos empleados.

No me sorprendería que una verdadera ventaja de precio de Mosfets sobre los relés se retrase en la implementación por razones puramente comerciales por un período de unos cinco años. Tampoco me sorprendería si algunas de esas empresas tuvieran acuerdos amorosos con los OEM (por ejemplo, quiero invertir mucho dinero en mi proceso para reducir mis costos laborales y, por lo tanto, mi precio, pero solo lo haré si Tengo un compromiso contractual de cinco años para el producto).

Los relés se usarán en lugar de componentes semiconductores debido a las siguientes razones

1. Más duradero: amplios rangos de temperatura de funcionamiento, picos.
2. No necesita disipador de calor.
3. Muy baja resistencia del estado.
4. Aísla la carga completamente en estado apagado.
5. Bajo costo en comparación con el mismo semiconductor conductor actual.
6. Punto de vista de servicio - (la mayoría de los relés y fusibles de automóviles son plug and play ...) - lo cual es difícil cuando usamos semiconductores (tiene que ser retirado de la PCB)