Pourquoi y a-t-il autant de relais utilisés dans une voiture, au lieu de transistors?


58

Récemment, j'ai travaillé sur les circuits électriques de ma voiture. Je vois que de nombreux relais sont utilisés dans les circuits automobiles. Ces relais sont utilisés pour une commutation simple et je me demande pourquoi ces circuits sont basés sur des relais et non sur des transistors ou d’autres composants électroniques utilisables à des fins de commutation. Je pensais que les transistors étaient moins chers, plus petits et plus fiables que les relais classiques el-mech pour la commutation.

Remarque: dans les applications automobiles, une batterie de voiture de 12 V est utilisée pour alimenter la bobine d'un relais et la même puissance de 12 V est celle qui est commutée par le relais. Parfois, un relais commute simplement une autre ligne de signal, c'est-à-dire sans charge de puissance élevée. Et encore, je ne vois pas de transistors à l'intérieur. Donc, je crois qu'il y a une bonne raison pour que cela se fasse de cette façon, et je dois manquer quelque chose ici. :-)


4
Quel âge a votre voiture? Avez-vous essayé de faire des recherches sur le passage des relais à un état solide?
Andy aka

32
Je me souviens encore de gens qui qualifiaient les transistors de "fusibles à trois pieds" ...
Brian Drummond,

5
Je pense juste à un gars dans un garage qui essaie de comprendre pourquoi quelque chose ne fonctionne plus. Il appuie sur un bouton, attend le "clic" du relais, mais n'entend rien. Est-ce cassé ou est-ce un transistor? Ce n'est peut-être pas la raison, mais c'est probablement un pro pour les relais. C'est beaucoup plus facile de savoir s'ils sont cassés.
Sempie

3
Une fois que la voiture aura 100% SSR au lieu d'électromécanique, les gens vont crier: où sont passés les bons vieux relais?
Marko Buršič

3
@Sempie Il est temps que les garagistes découvrent les systèmes OBD .
Dmitry Grigoryev

Réponses:


88

Les relais sont beaucoup plus stables en température: un relais scellé présente essentiellement les mêmes caractéristiques à -30 ° C et à + 70 ° C, les deux températures étant communes aux voitures. Un transistor fonctionne assez différemment à -30 ° C et à + 70 ° C, le schéma doit donc être conçu pour prendre en compte ces variations.

J'ai déjà travaillé sur un produit dont la plage de température commençait à -55 ° C et qui utilisait à la fois des relais et des dispositifs à semi-conducteurs. La partie amusante de la conception réside dans le fait qu’en dessous de -20 ° C, seule la partie relais est alimentée, ce qui active les aérothermes et ne déclenche la partie semi-conductrice que lorsque la température atteint 0 ° C.

Les relais offrent également une isolation galvanique, ce qui limite efficacement les défauts. Les défaillances courantes, telles que les courts-circuits, n'endommagent généralement qu'un seul relais, alors que dans le cas de circuits à transistors, plusieurs périphériques sont affectés. Je parie que les gens veulent toujours que le moteur de leur voiture tourne, même lorsque le climatiseur ou un lève-vitre meurt.


11
Il convient de noter que l'isolation peut être fournie avec des dispositifs à l'état solide, généralement avec des opto-isolateurs (ou des relais à l'état solide, qui sont essentiellement un opto-isolateur et un grand transistor dans un boîtier).
Quelqu'un quelque part

3
@ SomeomeSomewhere La question initiale concerne les transistors. Les relais statiques sont bien, mais plus coûteux que les relais conventionnels.
Dmitry Grigoryev

10
En outre, les principaux avantages des transistors par rapport aux relais sont qu’ils sont petits et silencieux (pas de pièces mobiles). Celles-ci sont très importantes lorsque vous devez en installer des millions dans un smartphone, moins pour les quelques dizaines de personnes dont vous avez besoin dans une voiture. Sous le capot, il y a beaucoup de place pour autant de relais qu’une voiture a besoin, et les petits bruits qu’ils produisent sont complètement masqués par le son de la voiture elle-même.
Darrel Hoffman

10
Le bruit des relais dans une voiture était en fait une caractéristique de convivialité involontaire. Le son "clignotant" typique provient du son émis par le relais de clignotant lors de l'activation et de la désactivation des clignotants. Cette "fonctionnalité" a indiqué au conducteur que le clignotant était allumé. Maintenant que les relais sont devenus plus silencieux, l’effet est souvent reproduit par le système stéréo de la voiture.
Philipp

1
@Philipp Bon point sur la convivialité, car lorsque je suis passé de l'ancienne Nissan à une nouvelle Toyota, il me manquait ce son clic-clic pendant quelques mois.
zmechanic

45

Une voiture est (encore, à l'ère moderne) un environnement dur électriquement. L '"alimentation 12 V" est généralement comprise entre 13,5 et 15 V et peut parfois atteindre 80 V ou plus. Il peut également y avoir des débris de haute fréquence sur les fils des bougies.

Les relais supportent cet abus un peu mieux que les transistors, au moins pour "un prix similaire".


29
@DmitryGrigoryev, si le relais coûte 1,00 $ et qu'il existe une solution tout aussi fiable et fiable pour 0,97 $, vous pouvez être sûr que les ingénieurs de Ford / Chevy / Toyota / etc. le choisiront.
Le Photon

13
Sans vouloir dénigrer un constructeur automobile particulier, @ThePhoton, en général, certains constructeurs automobiles économiseront 3 ¢, même s'ils sont moins appropriés ou moins fiables.
FreeMan

3
Qu'est-ce qui pourrait causer un pic à 80 v (ou plus)?
Trauma numérique

12
@ DigitalTrauma éteindre votre ventilateur rapidement. Toute l'énergie stockée dans les bobines du moteur est renvoyée dans les rails d'alimentation.
rdtsc

2
Notez également que les lampes à incandescence consomment souvent jusqu'à dix fois leur courant de fonctionnement par temps froid. Des relais peuvent facilement être spécifiés pour gérer cette augmentation de courant. Un mosfet devra avoir une résistance suffisamment faible pour y faire face. Un bipolaire aura besoin de beaucoup d’entraînement de base.
Richard

11

Les relais sont tout simplement éprouvés. Je pense que la réponse est simple comme ça.

Les mécaniciens veulent souvent une solution simple qui fonctionne bien. Il est simplement dans l’esprit des gens de commuter un circuit avec des relais.

Mon frère monte des équipements spéciaux sur des camions pour le travail. Il doit toujours changer quelque chose qu’il trouve: "Oh, mettons un relais là-dedans!". Et il a raison. Pourquoi pas? C'est souvent la solution la plus simple et cela fonctionne bien.

Dans certaines situations, le retour acoustique peut également être utilisé. Pensez simplement à votre indicateur.


Les retours acoustiques et thermiques (chaud = actif) fonctionnent jusqu'à un certain point. J'ai également vu des relais avec des LED intégrées pour indiquer l'état, mais pas dans les voitures.
Dmitry Grigoryev

@Robin J'ai entendu dire que la durée de vie des relais est comparativement inférieure. Les relais standard automobiles sont-ils beaucoup plus fiables? Ou est-ce sûr que vous parlez?
seetharaman

11

La tension dans une voiture n’est que d’environ 12 V, ce qui signifie que même des composants à puissance modérée peuvent attirer des courants importants. Le tableau de bord de ma voiture est éclairé par quatre ampoules 12V 2W. Ils tirent un courant de 666mA juste pour éclairer le tableau de bord! Si vous regardez les fusibles de tous les circuits de votre voiture, même le plus petit sera de 5A. La plupart auront une plage de 10 à 20 A et certains même plus que cela. La raison pour laquelle les relais sont si populaires est qu’ils sont durables, qu’ils ont une faible résistance de contact et qu’ils sont (parfois) meilleur marché que les composants à l’état solide qui peuvent gérer le même courant. De nombreuses voitures modernes utilisent effectivement des relais à semi-conducteurs, mais ils ont le même type d’emballage en brique afin de ne pas confondre les mécanismes.


3
En réalité, les relais à semi-conducteurs sont plus durables, mais ce n'est pas nécessaire dans les voitures. La plupart des relais s'activent une fois par démarrage moteur. Par conséquent, dans 10 ans, ils conduiront à 7200 cycles environ.
Dmitry Grigoryev

7
C'est tout à fait correct. J'aurais dû dire "les relais sont suffisamment durables". Les relais mécaniques échouent rarement sauf en cas de problèmes électriques. La plupart survivent à la voiture dans laquelle ils sont utilisés.
Robert Stiffler

2
@DmitryGrigoryev selon la voiture, ce n'est pas vrai. Les relais les plus importants sont les ventilateurs, les lampes et le klaxon, qui fonctionnent tous plusieurs fois, plus d'une fois par trajet (le klaxon dépend de la rage au volant).
Passerby

1
@ Dimitry Grigoryev: D'après mon expérience, vos calculs sont environ 4 fois plus bas que la "normale". Environ 30 000 cycles sont plus proches du nombre minimum de cycles.
Guill

2
@guill La plupart des relais ont une espérance de vie supérieure à 30 000 cycles
Robert Stiffler,

8

Les relais ont quelques avantages par rapport aux transistors.

  1. Ils ont une très faible résistance. Dans un système basse tension à haute puissance, ceci est précieux car il améliore l'efficacité et élimine le besoin de dissipation thermique.
  2. Ils ont très peu de fuites lorsqu'ils sont éteints. Ainsi, leurs sorties peuvent être connectées à une alimentation de batterie non commutée sans se soucier de leur épuisement.
  3. Ils sont robustes contre les pointes, les surtensions, les variations de température etc.
  4. Ils fournissent l'isolement. Bien que les motifs dans une voiture finissent par se combiner, l'isolement est toujours utile pour garder le contrôle de l'endroit exact où les courants de retour s'écoulent.
  5. Ils peuvent être facilement utilisés pour la commutation côté haut ou côté bas et leurs entrées peuvent être commutées haut ou bas. L'utilisation de fets à canal N (le type le plus performant) pour la commutation côté haut nécessite une tension de commande de grille supérieure à la tension d'alimentation principale.

Les relais présentent également quelques inconvénients par rapport aux transistors.

  1. La bobine nécessite un peu de puissance.
  2. Le cycle-vie est limité
  3. Ils sont physiquement grands

Donc, pour les équipements de forte puissance, les relais changent rarement. Pour les commandes complexes et / ou à grande vitesse, les composants électroniques à semi-conducteurs sont généralement gagnants.


2

Puis-je garder cela très simple? La voiture a un ensemble de conditions dans lesquelles elle fonctionne beaucoup. Et comme d'autres ci-dessus l'ont indiqué, ils sont assez importants. Les exigences incluent un modèle de performance solide pour la qualité des composants.

En bout de ligne ... la raison des relais sur des dispositifs à l'état solide est résumée en un seul mot.

PRIX.

Il est meilleur marché de fournir des relais que de fournir des dispositifs à semi-conducteurs pour remplir cette fonction. Lorsque le prix des dispositifs à semi-conducteurs est inférieur à celui des relais, les constructeurs automobiles passent aux dispositifs à semi-conducteurs. Le coût est un facteur important lorsqu'il faut prendre de telles décisions.

Modifier:

Un relais de 10 ampères coûte 10 fois plus cher qu'un mosfet de puissance automobile de 10 ampères. - Passerby

Donc, je ne suis pas tout à fait sûr que ce soit une comparaison juste. Je pense que la plupart des relais automobiles ont plus de courant que cela. (25 à 60 ampères?) De plus, rappelez-vous que nous sommes totalement isolés entre le signal et la sortie avec le relais. Supposons que les constructeurs automobiles souhaitent conserver ce concept d'isolation. Combien coûte un mosfet opto-isolé de 30 ampères? Oh, et mieux placez cela dans un joli conteneur enfichable, mieux si c'est une solution idéale pour remplacer un relais existant.

De plus, il existe un autre facteur lié au PRIX. N'oubliez pas qu'il existe des fournisseurs quelque part qui ont investi des millions et des millions de dollars pour automatiser et configurer leurs usines de fabrication de relais. En outre, ils emploient tout un groupe de personnes. Que pensez-vous que ces gars-là facturent pour les relais? Réponse: Autant qu'ils pensent pouvoir s'en sortir. Devinez ce qui se passe lorsque les constructeurs d'équipement d'origine (OEM) du secteur automobile communiquent à ceux qui envisagent de passer à la technologie Mosfet ... vous l'aurez deviné, le prix baisse immédiatement. Peu importe qu'ils perdent de l'argent, ils ont un amortissement énorme, des coûts fixes et beaucoup d'employés.

Cela ne m'étonnerait pas qu'un réel avantage en termes de prix des Mosfets par rapport aux relais soit différé dans sa mise en œuvre pour des raisons purement commerciales pour une période de cinq ans, par exemple. Cela ne me surprendrait pas non plus si certaines de ces entreprises avaient des accords privilégiés avec les équipementiers (par exemple, je veux investir beaucoup d’argent dans mon processus pour réduire mes coûts de main d’œuvre et donc mon prix, mais je ne le ferai que si J'ai un engagement contractuel de cinq ans pour le produit.)


3
Un relais de 10 ampères coûte 10 fois plus cher qu'un mosfet de puissance automobile de 10 ampères.
Passerby

1
most automotive relays carry more current than that. 25 to 60 amps?Varie Alimentation principale commutée, bien sûr. Mais les ventilateurs, les pompes, les phares, le klaxon ont généralement 5 ~ 20.
Passé

Additionally remember we're totally isolated between signal and output with the relay.Pas la façon dont ils sont câblés. La plupart sont alimentés par la même source que le circuit commuté se connecte. L'isolement ne semble pas important, d'après les schémas de câblage que j'ai vus. Moteur principal, phare et klaxon typiques i.stack.imgur.com/TDWEC.png i.stack.imgur.com/9mkUy.png D'une 99 Camry. Pas d'isolement Quand tout est majoritairement en 12V et la même batterie ...
Passerby

0

Les relais seront utilisés à la place des composants semi-conducteurs pour les raisons suivantes

  1. Plus durable - plages de température de fonctionnement larges, pointes.
  2. pas besoin de dissipateur de chaleur.
  3. très faible résistance à l'état.
  4. Isole complètement la charge dans l'état bloqué.
  5. Coût bas comparé au même semi-conducteur conducteur actuel.
  6. Point de vue du service - (la plupart des relais et des fusibles automobiles sont plug and play ...) - ce qui est difficile lorsque nous utilisons un semi-conducteur (il faut le retirer du circuit imprimé)
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.