Różnica między przełączaniem mocy po stronie wysokiego i niskiego napięcia?

Czy istnieje jakakolwiek rzeczywista różnica między przełączaniem strony wysokiej i niskiej?

Założyć:

• Przełączanie służy do włączania / wyłączania kontroli obiektu (My case RPi)
• Baza / brama może być doprowadzona do Vcc i GND

Jedyne rzeczywiste różnice to poziom gruntu i maksymalny dostępny prąd:

• Przełączanie po stronie niskiej oznacza, że ​​dwa obwody będą miały różne poziomy uziemienia, ponieważ element przełączający będzie miał (mały) niezerowy spadek napięcia.
• Przełączanie po stronie wysokiego będzie miało niższy maksymalny limit prądu, ponieważ elementy przełączające typu P (strona wysoka) zwykle mają wyższą rezystancję niż elementy przełączające typu N (strona niska).

Oczywiście jest różnica, inaczej nie byłoby dwóch różnych metod o różnych nazwach.

Jeśli obciążenie się unosi, jak na przykład silnik lub elektromagnes, wówczas przełączanie po stronie wysokiej lub niskiej nie ma znaczenia dla obciążenia. Jest tak, ponieważ z definicji pływającego węzeł „widzi” jedynie napięcie różnicowe na nim i nie reaguje na napięcie w trybie wspólnym.

Nawet przy obciążeniu zmiennym różnice w obwodzie napędowym dla przełączania strony wysokiej i niskiej mogą być znaczące. Zgodnie z konwencją, zwykle uważamy uziemienie za ujemną stronę zasilacza napędzającego obwód sterujący, przy czym moc jest wtedy dodatnia. Ponieważ uziemienie jest stroną ujemną, a inne sygnały, które mogą być potrzebne do interakcji z tym łączącym się z resztą świata, będą odnosić się do tego uziemienia, obwód sterujący jest wówczas również uziemiony. Na przykład, nawet jeśli napędzasz solenoid 24 V, mikrokontroler wytwarzający impulsy PWM będzie zasilany przez szynę 3,3 V i masę.

Ponieważ obwód sterujący znajduje się po niskiej stronie mocy (masa), przełączanie przełączników po stronie niskich jest zwykle łatwiejsze niż przełączanie przełączników po stronie wysokiej. Dlatego przy pływającym obciążeniu, które nie ma znaczenia, czy przełączamy stronę niską czy wysoką, zwykle przełączamy stronę niską.

Innym powodem korzystania z przełącznika niskiej strony jest to, że jedna strona obciążenia jest już podłączona do dodatniego zasilania poza naszą kontrolą. Jedyny wybór, jaki mamy, to pozostawić dolną stronę ładunku pływającą, aby wyłączyć ładunek, lub podłączyć go do ziemi, aby go włączyć. Może być dogodne, aby niektóre obciążenia były wstępnie podłączone do zasilania z jednej strony, aby uprościć ogólne okablowanie systemu.

W niektórych przypadkach ładunek się przejmuje. Jeśli obciążenie ma inne sygnały odnoszące się do ziemi, z którymi musi się połączyć, wówczas zwykle należy utrzymywać jego węzeł uziemienia podłączony do ziemi. W takim przypadku musisz przełączyć moc dodatnią na obciążenie, czy ci się to podoba, czy nie. Ponownie jest to zwykle bardziej skomplikowane niż sterowanie przełącznikiem niskiej strony, ale nie przesadnie, dlatego wymaga dużych długości, aby uniknąć.

Podczas przełączania strony niskiej z obwodem sterowania po stronie niskiego, oczywiste jest, że chcesz użyć tranzystora NPN lub FET kanału N. Jednak przy przełączniku bocznym należy rozważyć więcej opcji. FETy z kanałem N generalnie mają lepszą charakterystykę jak przełączniki, ale użycie jednego z nich stwarza dwa problemy: brama musi przejechać przez zakres przełączania plus zakres włączania / wyłączania bramki i potrzebuje napięcia powyżej szyny zasilania, gdy jest włączona. Istnieją układy sterownika, które mogą zabierać te rzeczy przez większość czasu, ale nadal występują problemy.

FET kanału AP jest łatwiejszy do przełączenia, ponieważ napięcie bramki musi mieścić się w zakresie od napięcia zasilania do około 10 V mniej w przypadku większości FET. Tranzystory PNP mogą być jeszcze łatwiejsze, ponieważ wystarczy wyciągnąć trochę prądu z bazy, aby je włączyć. Jednak szybkie ich wyłączenie może być wyzwaniem.

Jak zwykle nie ma uniwersalnej odpowiedzi, a kompromisy należy rozpatrywać osobno dla każdego wniosku.

W przypadku obwodu izolowanego nie ma dużej różnicy między przełączaniem strony wysokiej i niskiej. W przypadku wyższych prądów obciążenia półprzewodnikowe przełączniki strony niskiej (na przykład tranzystory NPN i tranzystory MOSFET w kanale N) są często mniej stratne niż ich wysokowydajne odpowiedniki i dlatego są preferowane.

Jeśli jednak obwód zostanie podłączony do urządzeń zewnętrznych za pomocą własnych połączeń zasilania, rozmycie to zostanie rozmyte. Jeśli te urządzenia zewnętrzne zapewnią połączenie z tym samym punktem odniesienia uziemienia, co zasilacz obwodu, a ty je włączysz i wyłączysz, wówczas urządzenia zewnętrzne zapewnią alternatywną drogę do uziemienia, przełączenie będzie nieskuteczne i możesz w końcu coś uszkodzić nie oceniono na odpowiedni prąd po drodze.

Podobnie, jeśli urządzenia zewnętrzne zapewniają zasilanie V +, które odnosi się do tego samego uziemienia, co źródło, które przełączasz, możesz w końcu zasilić szynę dodatniego napięcia z powrotem za pomocą urządzeń zasilanych zewnętrznie, ponownie z niepożądanymi skutkami.

Istnieje wiele powodów, aby wybrać jeden rodzaj przełączania na inny.

Jeśli Twój obwód / obciążenie może tolerować prądy uziemiające powstające podczas przełączania obciążenia .. ogólnie przełączanie po stronie niskiej jest łatwiejsze i tańsze.

Jeśli twój obwód nie może tego tolerować (zbyt duże zakłócenia w płaszczyźnie uziemienia bardziej czułego / niższego napięcia procesora / logiki) .. lepiej jest przełączać obciążenie metodami wysokimi, pozwala to na prąd powrotny obciążenia zarządzany osobno (często wyższe obciążenia wymagają szyny zasilającej o wyższym napięciu .. nadal mają wspólny potencjał „uziemienia” z oddzielnymi ścieżkami powrotnymi).

Innym częstym powodem przełączania strony wysokiej (wspomniany przez Olin) .. najłatwiej dostępną ścieżką prądu powrotnego dla obciążenia jest ujemna szyna zasilająca. Przykład: podwozie samochodowe używane jako „masa” (ścieżka powrotna prądu stałego) dla przekaźnika / itp. (Ten przykład ma wiele dodatkowych zalet i zagrożeń).