Gibt es einen wirklichen Unterschied zwischen High- und Low-Side-Switching?
Annehmen:
- Das Schalten dient zum Ein- und Ausschalten eines Objekts (My Case RPi)
- Base / Gate kann auf Vcc und GND geschaltet werden
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Alexander M
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Antworten:
Die einzigen wirklichen Unterschiede sind das Bodenniveau und der maximal verfügbare Strom:
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Natürlich gibt es einen Unterschied, sonst gäbe es keine zwei unterschiedlichen Methoden mit unterschiedlichen Namen.
Wenn die Last schwimmt, wie zum Beispiel ein Motor oder ein Elektromagnet, spielt das Schalten auf der High- oder Low-Seite keine Rolle für die Last. Das liegt daran, dass der Knoten per Definition von Floating nur die Differenzspannung über ihm "sieht" und nicht auf die Gleichtaktspannung reagiert.
Sogar bei einer schwebenden Last können die Unterschiede zur Treiberschaltung für das Schalten auf der Hoch- und der Niederspannungsseite erheblich sein. Üblicherweise betrachten wir Masse als die negative Seite der Stromversorgung, die die Steuerschaltung antreibt, wobei die Leistung dann positiv ist. Da Masse die negative Seite ist und andere Signale, mit denen wir möglicherweise interagieren müssen, um die Verbindung zum Rest der Welt herzustellen, auf diese Masse bezogen werden, wird die Steuerschaltung ebenfalls auf Masse bezogen. Selbst wenn Sie beispielsweise ein 24-V-Solenoid ansteuern, wird der Mikrocontroller, der die PWM-Impulse erzeugt, von einer 3,3-V-Schiene und Erde mit Strom versorgt.
Da sich die Steuerschaltung auf der unteren Seite der Stromversorgung (Masse) befindet, ist das Ansteuern von Schaltern auf der unteren Seite normalerweise einfacher als das Ansteuern von Schaltern auf der oberen Seite. Daher wechseln wir bei einer schwebenden Last, bei der es egal ist, ob wir die niedrige oder die hohe Seite wechseln, normalerweise die niedrige Seite.
Ein weiterer Grund für die Verwendung eines Low-Side-Schalters ist, dass eine Seite der Last bereits an die positive Versorgung angeschlossen ist, die sich unserer Kontrolle entzieht. Die einzige Wahl, die wir haben, ist, die untere Seite der Last schwimmend zu lassen, um die Last auszuschalten, oder sie mit Masse zu verbinden, um sie einzuschalten. Es kann praktisch sein, dass einige Lasten auf einer Seite vorinstalliert sind, um die gesamte Systemverdrahtung zu vereinfachen.
In einigen Fällen kümmert sich die Last. Wenn die Last andere massebezogene Signale hat, an die sie angeschlossen werden muss, müssen Sie normalerweise ihren Masseknoten mit Masse verbinden. In diesem Fall müssen Sie die positive Leistung auf die Last umschalten, ob Sie möchten oder nicht. Auch dies ist in der Regel komplizierter als das Betreiben eines Low-Side-Schalters, jedoch nicht übermäßig, so dass große Längen erforderlich sind, um dies zu vermeiden.
Wenn Sie die Low-Side mit einer Low-Side-Steuerschaltung schalten, ist es ziemlich offensichtlich, dass Sie einen NPN-Transistor oder einen N-Kanal-FET verwenden möchten. Bei einem High-Side-Schalter müssen Sie jedoch mehr Optionen in Betracht ziehen. N-Kanal-FETs haben im Allgemeinen bessere Eigenschaften als Schalter, aber die Verwendung eines FETs bringt zwei Probleme mit sich: Das Gate muss über den Schaltbereich plus den Ein / Aus-Bereich des Gates schwenken und benötigt im eingeschalteten Zustand eine Spannung über der Stromschiene. Es gibt Treiber-Chips, die die meiste Zeit diese Dinge aufnehmen können, aber es gibt immer noch Probleme.
Der AP-Kanal-FET ist einfacher zu schalten, da die Gate-Spannung bei den meisten FETs nur zwischen der Versorgungsspannung und etwa 10 V niedriger liegen muss. PNP-Transistoren können sogar noch einfacher sein, da Sie nur etwas Strom aus der Basis ziehen müssen, um sie einzuschalten. Ein schnelles Ausschalten kann jedoch eine Herausforderung sein.
Daher gibt es wie üblich keine allgemeingültige Antwort, und die Kompromisse müssen für jede Anwendung separat berücksichtigt werden.
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Bei einer isolierten Schaltung gibt es keinen großen Unterschied zwischen High- und Low-Side-Schaltung. Für höhere Lastströme sind niederseitige Halbleiterschalter (zum Beispiel NPN-Transistoren und N-Kanal-MOSFETs) oft weniger verlustbehaftet als ihre hochseitigen Äquivalente und werden daher bevorzugt.
Wenn die Schaltung jedoch an externe Geräte mit eigenen Stromanschlüssen angeschlossen ist, wird dies unscharf. Wenn diese externen Geräte eine Verbindung zu derselben Erdungsreferenz wie die Stromversorgung des Stromkreises herstellen und Sie diese ein- und ausschalten, stellen die externen Geräte eine alternative Erdungsroute zur Verfügung. Ihre Umschaltung ist ineffektiv und kann zu Schäden führen nicht für den entsprechenden Strom auf dem Weg bewertet.
Wenn die externen Geräte eine V + -Versorgung bereitstellen, die sich auf dieselbe Erdung bezieht wie die Versorgung, die Sie schalten, können Sie die positive Spannungsschiene auch über die extern versorgten Geräte mit Strom versorgen, was wiederum zu unerwünschten Ergebnissen führt.
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Es gibt zahlreiche Gründe, eine Art der Umschaltung auf die andere zu wählen.
Wenn Ihr Stromkreis / Ihre Last die beim Schalten der Last entstehenden Erdströme verträgt, ist das Schalten auf der niedrigen Seite im Allgemeinen einfacher und billiger.
Wenn Ihre Schaltung dies nicht tolerieren kann (zu viel Störung in der Masseebene des empfindlicheren Prozessors / der Logik mit niedrigerer Spannung), ist es besser, die Last mit High-Side-Methoden zu schalten. Dadurch kann der Rückstrom der Last erhöht werden Getrennt verwaltet (häufig erfordern höhere Leistungslasten eine Stromschiene mit höherer Spannung. Sie teilen sich immer noch ein gemeinsames "Masse" -Potential mit getrennten Rückleitungen).
Der andere häufige Grund für das High-Side-Schalten (von Olin erwähnt) ... ist die negative Stromschiene. Beispiel: Kfz-Chassis, das als "Masse" (DC-Rückleitung) für ein Relais usw. verwendet wird (dieses Beispiel hat zahlreiche zusätzliche Vorteile und Risiken).
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