トランジスタの代わりに、なぜ自動車で非常に多くのリレーが使用されるのですか？

最近、私は自分の車の電気回路でいくつかの仕事をしました。車のサーキットには多くのリレーが使用されています。これらのリレーは単純なスイッチングに使用されますが、なぜこれらの回路はスイッチングに使用できるトランジスタやその他の電子部品ではなくリレーに基づいているのでしょうか。トランジスタは、スイッチング用の従来のエルメカリレーよりも安く、小さく、信頼性が高いと思いました。

注：自動車用途では、リレーのコイルに電力を供給するために12 Vの自動車用バッテリーが使用され、同じ12 Vの電力がリレーによって切り替えられます。時には、リレーは別の信号線のみを切り替えます。つまり、高電力負荷がありません。それでも、そこにはトランジスタがありません。ですから、この方法で行われているのには確かな理由があると思います。ここで何かを見逃しているに違いありません。:-)

リレーは温度的にはるかに安定しています。密閉型リレーは、-30°Cと+ 70°Cで基本的に同じ特性を持ち、どちらの温度も自動車に共通です。トランジスタの動作は-30°Cと+ 70°Cで大きく異なるため、これらの変動を考慮して回路図を設計する必要があります。

以前は、温度範囲が-55°Cで、リレーと半導体デバイスの両方を使用する製品に取り組んでいました。設計の面白い点は、-20°C未満ではリレー部品のみに電力が供給され、エアヒーターが作動し、温度が0°Cに達すると半導体部品のみがオンになることでした。

リレーは、電気的に絶縁されているため、障害を効果的に制限できます。短絡などの一般的な障害は通常、1つのリレーのみを損傷しますが、トランジスタベースの回路では途中でいくつかのデバイスが影響を受けます。エアコンや窓のリフターが死んでも、人々はまだ自分の車のモーターを動かしたいと思っています。

車は（まだ、現代では）電気的に厳しい環境です。「12V電源」は通常13.5〜15 Vであり、80 V以上にスパイクする場合があります。また、スパークプラグからのワイヤに高周波ジャンクがある場合があります。

リレーは、少なくとも「同等の価格帯」で、トランジスタよりも幾分優れた悪用に耐えます。

リレーは十分に試行されています。その答えは簡単だと思います。

メカニックは多くの場合、シンプルなソリューションを求めていますが、これはうまく機能します。リレーを使用して回路を切り替えることは、人々の頭の中にあります。

私の兄弟は、仕事のためにトラックにいくつかの特別な機器を取り付けています。常に、彼は思いついたものを切り替える必要があります。「ああ、そこにリレーを入れましょう」そして彼は正しい。何故なの？多くの場合、これは最も単純なソリューションであり、正常に機能します。

状況によっては、音響フィードバックも使用できます。指標について考えてください。

自動車の電圧はわずか約12Vです。つまり、適度に電力が供給されているコンポーネントでも大電流を引き込むことができます。私の車のダッシュは4つの12V 2W電球で照らされています。ダッシュを点灯するためだけに、666mAの電流が流れます！車内のすべての回路のヒューズを見ると、最小でも5Aになります。ほとんどは10〜20Aの範囲で、それ以上のものもあります。リレーが非常に人気がある理由は、それらが耐久性があり、接触抵抗が低く、同じ電流を処理できるソリッドステートコンポーネントよりも安価な場合があるためです。多くの現代の車は実際にソリッドステートリレーを使用していますが、メカニズムを混同しないように、同じタイプのレンガのパッケージに入っています。

リレーには、トランジスタに比べていくつかの利点があります。

1. それらは非常に低いオン抵抗を持っています。高電力低電圧システムでは、これは効率を改善し、ヒートシンクの必要性を排除するため、貴重です。
2. オフ時の漏れは非常に少ないです。そのため、バッテリーの消耗を心配することなく、出力をスイッチなしのバッテリー電源に接続できます。
3. スパイク、サージ、温度変化などに対して堅牢です。自動車の環境は電気的および熱的に厳しい場所であり、生き残るためにトランジスタ回路を設計するにはかなりの余分な作業が必要です。
4. それらは分離を提供します。車のグラウンドは最終的にすべて一緒になりますが、正確にリターン電流が流れる場所を制御し続けるために、アイソレーションは依然として有用です。
5. これらはハイサイドまたはローサイドのスイッチングに簡単に使用でき、入力はハイサイドまたはローサイドのスイッチングが可能です。ハイサイドスイッチングにNチャネルフェット（パフォーマンスの良いタイプ）を使用するには、主電源電圧を超えるゲート駆動電圧が必要です。

リレーには、トランジスタに比べていくつかの欠点もあります。

1. コイルにはかなりの電力が必要です。
2. サイクル寿命は限られています
3. それらは物理的に大きい

そのため、通常はリレーを頻繁に切り替えない高出力のものが優先されます。複雑なおよび/または高速制御の場合、一般的にソリッドステートエレクトロニクスが勝ちます。

これを本当にシンプルに保つことはできますか？車には、それが多く作動する一連の条件があります。そして、上記の他の人が示したように、それらは非常に重要です。要件には、コンポーネントの品質に関する堅実なパフォーマンスパターンが含まれます。

要するに...ソリッドステートデバイス上のリレーの理由は、一言で要約されています。

価格。

リレーを提供する方が、その機能を実行するソリッドステートデバイスを提供するよりも安価です。ソリッドステートデバイスの価格がリレーの価格を下回ると、自動車メーカーはソリッドステートデバイスに切り替えます。このような決定に関しては、コストが大きな要因です。

編集：

10アンペアのリレーのコストは、10アンペアの自動車グレードのパワーMOSFETの10倍です。–通行人

だから、私はそれが公正な比較であるかどうかはよく分からない。私はほとんどの自動車用リレーがそれよりも多くの電流を運ぶと考えています。（25〜60アンペア？）さらに、リレーを使用して信号と出力を完全に分離していることを忘れないでください。自動車OEMはその分離コンセプトを維持したいと考えていると仮定します。最適に絶縁された30アンペアのMOSFETのコストはいくらですか？ああ、それをコンテナの素敵なプラグに入れて、既存のリレーの代わりに完全にドロップするのが最善です。

さらに、PRICEに関連するもう1つの要素があります。リレー製造工場を自動化および整備するために数百万ドルを投資したサプライヤーがどこかにあることを思い出してください。さらに、彼らはたくさんの人々を雇います。それらの人はリレーに対して何を請求すると思いますか？回答：彼らが逃げることができると思う限り。自動車のOEM（Original Equipment Manufacturers）がMosfetテクノロジーへの切り替えを考えている人に伝えるとどうなるかを推測してください。彼らがお金を失っていることは問題ではないかもしれません、彼らは莫大な償却費と固定費とたくさんの従業員を持っています。

Mosfetsのリレーに対する真の価格優位性が、純粋にビジネス上の理由で5年間の実装で遅れることは驚くことではありません。それらのビジネスのいくつかがOEMと恋人の取引をしていたとしても驚かないでしょう（例えば、人件費とあなたの価格を下げるために私のプロセスに多額のお金を投資したいのですが、私はそれをするだけです）私は製品について5年間の契約上のコミットメントを持っています。）

リレーは、次の理由により、半導体コンポーネントの代わりに使用されます

1. より耐久性-広い動作温度範囲、スパイク。
2. ヒートシンクは不要です。
3. オン状態抵抗が非常に低い。
4. オフ状態で負荷を完全に分離します。
5. 同じ電流伝導半導体と比較した場合の低コスト。
6. サービスの観点-（ほとんどの自動車のリレーとヒューズはプラグアンドプレイです...）-半導体を使用する場合は困難です（PCBから削除する必要があります）