Diferențe între releul de curent continuu de înaltă tensiune și releul solid
| Articol de comparație | Releu de înaltă tensiune CC | Releu de stare solidă |
| Principiul fundamental | Contactele mecanice sunt acționate pentru a se închide/deschide de forța magnetică generată de o bobină electromagnetică, permițând controlul circuitului pornit/oprit. | Funcția pornit-oprit este realizată în întregime prin componente electronice semiconductoare, fără piese mecanice în mișcare. Izolarea semnalului electric și controlul puterii sunt realizate prin optocuplore, tiristoare/MOSFET-uri etc. |
| Interval de tensiune nominală | Concepute de obicei pentru aplicații de curent continuu de înaltă tensiune, peste 1000V, unele modele de înaltă tensiune pot găzdui sisteme de curent continuu la nivelul de 10kV. | Sistemele de curent continuu de înaltă tensiune acoperă de obicei intervalul de tensiune de la 600V la 1500V, fiind disponibile mai puține produse la niveluri de tensiune mai mari și, în consecință, costuri mai mari. |
| Cădere statică de tensiune | Rezistența de contact a contactelor mecanice este extrem de scăzută (în intervalul mΩ), rezultând o pierdere minimă de putere și o generare de căldură în condiții de curent ridicat. | Dispozitivele semiconductoare prezintă căderi de tensiune inerente în starea de activare (aproximativ 0,3–1V pentru MOSFET-urile de tip Si și 1–2V pentru IGBT-uri), ceea ce duce la o generare semnificativă de căldură în condiții de curent ridicat. Prin urmare, trebuie implementat un design de gestionare termică. |
| Viteză de comutare | Mișcarea mecanică de contact necesită un timp de ordinul milisecundelor (de obicei 5-50 ms) și prezintă fenomene de ricoșeu. | Viteză de răspuns de nivel microsecundă, semnal de revenire fără contact, ideal pentru aplicații de comutare de înaltă frecvență |
| durată de viaţă | Contactele mecanice experimentează eroziunea și uzura prin arc, cu o durată de viață în comutație de sarcină variind de obicei între 10^4 și 10^6 cicluri, în timp ce durata de viață în gol poate depăși 10^7 cicluri. | Nu se observă uzură mecanică, cu o durată de viață teoretică cuprinsă între 10^8 și 10^12 cicluri. Durata de viață este influențată în principal de temperatură și de stresul de supracurent. |
| Performanța de izolare | Izolare fizică după deconectarea contactului, tensiune ridicată de rezistență la izolație și curent de scurgere aproape zero în stare deschisă | Din cauza izolării joncțiunii semiconductoare sau a izolării optocuplorului, există un curent de scurgere de nivel μA în stare deschisă, ceea ce îl face nepotrivit pentru scenarii de siguranță care necesită izolare electrică completă. |
| Capacitate de suprasarcină | Demonstrează o capacitate puternică de supraîncărcare pe termen scurt, capabilă să reziste la un curent de 10 ori mai mare decât curentul nominal timp de câteva milisecunde. | Dispozitivele semiconductoare au o capacitate slabă de supraîncărcare, de obicei capabile să suporte doar de 1,5 până la 2 ori curentul nominal, iar supracurentul poate provoca cu ușurință daune. |
| Scenarii aplicabile | Sistemele de stocare a energiei de înaltă tensiune, pilele de încărcare în curent continuu, circuitele de distribuție de înaltă tensiune și cutiile de distribuție de înaltă tensiune pentru vehiculele cu energie nouă necesită scenarii cu izolație de înaltă fiabilitate și capacități de comutare la curent mare. | Controlul automatizării industriale, reglarea sarcinii de curent continuu de mică putere, mediu antiexplozie, scenarii de comutare de înaltă frecvență, scenarii cu cerințe de vibrații reduse |
| Controlul costurilor | Costul este moderat pentru aceeași tensiune și curent nominal, în timp ce modelul de înaltă tensiune și curent ridicat are un cost mai mic în comparație cu releele în stare solidă cu parametri identici. | Modelele de înaltă tensiune și curent mare implică costuri mai mari, iar sistemul de management termic crește și mai mult costul total al soluției. |
În aplicațiile sistemelor electrice de înaltă tensiune ale vehiculelor cu energie nouă, releele de curent continuu de înaltă tensiune sunt în prezent opțiunile principale și mai potrivite. Releele în stare solidă sunt utilizate doar în câteva scenarii auxiliare specializate, cum ar fi grupurile de iluminare cu LED-uri de pe caroseria vehiculului, rețelele de senzori de mică putere și controlul fără zgomot al ușilor/ferestrelor automate în scenarii de joasă tensiune. Acestea profită în principal de avantajele releelor în stare solidă, cum ar fi lipsa zgomotului mecanic, viteza mare de comutare și durata lungă de viață.
Nucleul sistemului de alimentare al vehiculelor cu energie nouă este transmisia de curent înalt dintre baterie și motor. Comparativ cu sistemul de joasă tensiune de 12V al vehiculelor tradiționale, platforma de înaltă tensiune a vehiculelor electrice cu energie nouă este de obicei de 400V sau chiar 800V. Curentul transmis de la baterie la motor și unitatea de control poate ajunge la zeci până la sute de amperi. Prin urmare, ca principală considerație pentru factorii de siguranță, caracteristicile structurale ale releelor de curent continuu de înaltă tensiune vor îndeplini în mod fundamental standardele de siguranță ale vehiculelor:
Releele de curent continuu de înaltă tensiune utilizează materiale cu conductivitate ridicată și structuri terminale optimizate pentru a reduce riscul de supraîncălzire. După deconectarea contactelor, releele de curent continuu de înaltă tensiune pot realiza o izolare fizică completă. Tensiunea de rezistență la izolație poate ajunge peste 30V, iar curentul de scurgere este aproape zero, evitând pericolul de scurgere de înaltă tensiune pentru pasageri și sistemele de joasă tensiune. Deși releele în stare solidă se bazează pe izolarea joncțiunii semiconductoarelor, acestea au un curent de scurgere de nivel microamperi și nu pot îndeplini standardele de siguranță pentru deconectarea completă a circuitului de înaltă tensiune.
Când apare un scurtcircuit în sistemul de înaltă tensiune al vehiculului, curentul instantaneu poate fi de peste 10 ori mai mare decât valoarea nominală. Curentul maxim de rupere al releelor de curent continuu de înaltă tensiune este, în general, de câteva mii sau chiar zeci de mii de amperi. Combinat cu structura de stingere a arcului electric cu hidrogen/hidrogen gazos/magnetic umplută în carcasa ceramică etanșă, acesta poate stinge arcul de înaltă temperatură în milisecunde și poate întrerupe curentul de defect, evitând în mod fundamental riscul unui incendiu de scurtcircuit.
Releele de curent continuu de înaltă tensiune adoptă, în general, structuri de lipire ceramică sau etanșare epoxidică. Rezistența la rupere ceramică atinge 18KV/mm, iar rezistența la tracțiune depășește 280Mpa. Acestea pot rezista la intervale largi de temperatură (-40℃ până la 125℃), vibrații de mare intensitate și impacturi în condiții complexe de utilizare a vehiculului. Nivelul de protecție poate ajunge la IP67, iar fiabilitatea pe termen lung este mult mai mare decât cea a releelor în stare solidă.