Різниця між високою та низькою сторонами комутації живлення?


12

Чи є реальна різниця між високою та низькою сторонами комутації?

Припустимо:

  • Перемикання призначене для ввімкнення / вимкнення управління об'єктом (Мій випадок RPi)
  • Базу / ворота можна перевезти на Vcc та GND

2
Якщо ви перемикаєте цифровий пристрій із підключеними штифтами IO, ці штифти можуть діяти як інший заземлений, а комутація з низької сторони не працюватиме. У цьому випадку вам знадобляться високі бічні комутації або буфери.
geometrikal

Відповіді:


11

Єдині реальні відмінності - рівень землі та максимальний наявний струм:

  • Комутація на низькій стороні означає, що обидві схеми будуть мати різний рівень заземлення, оскільки комутаційний елемент матиме (малий) ненульовий перепад напруги.
  • Комутація на високій стороні матиме нижню межу максимального струму, оскільки елементи комутації типу P (високі сторони), як правило, мають більший опір, ніж елементи комутації типу N (низька сторона).

25

Звичайно, є різниця, інакше не було б двох різних методів з різними назвами.

Якщо навантаження є плаваючою, як, наприклад, двигун або соленоїд, то комутація високої або низької сторони не має значення для навантаження. Це тому, що, за визначенням плаваючого, вузол лише "бачить" диференціальну напругу навколо нього і не реагує на напругу загального режиму.

Навіть при плаваючому навантаженні різниці в ланцюзі руху для перемикання на високу проти низької сторони можуть бути істотними. Зазвичай ми вважаємо заземлення негативною стороною джерела живлення, що керує ланцюгом управління, при цьому потужність є позитивною. Оскільки земля є негативною стороною, і інші сигнали, з якими нам може знадобитися взаємодія з тим, що підключаються до решти світу, будуть посилатися на цю землю, то схема управління також посилається на землю. Наприклад, навіть якщо ви керуєте 24-вольтовим соленоїдом, мікроконтролер, що виробляє ШІМ імпульси, буде живитись від 3,3 В рейки та землі.

Оскільки схема управління сидить з низької сторони живлення (земля), керувати вимикачами низької сторони зазвичай простіше, ніж керувати вимикачами високої сторони. Отже, з плаваючим навантаженням, що не має значення, чи переходимо ми на низьку або високу сторону, ми зазвичай перемикаємо нижню сторону.

Ще одна причина використання низькобічного вимикача - це коли одна сторона вантажу вже підключена до позитивного джерела, що не є нашим контролем. Єдиний вибір, який ми маємо - це залишити низьку сторону вантажу, що плаває, щоб вимкнути вантаж, або підключити його до землі, щоб увімкнути його. Деякі навантаження можуть бути попередньо підключені до живлення з одного боку, щоб спростити загальну проводку системи.

У деяких випадках навантаження все одно. Якщо навантаження має інші сигнали, пов'язані з землею, до яких він повинен підключатися, то зазвичай потрібно підтримувати його заземлений вузол підключеним до землі. У такому випадку ви повинні переключити позитивну потужність на навантаження, будь то вам подобається чи ні. Знову ж таки, це, як правило, складніше, ніж керування низьким бічним вимикачем, але не надмірно, щоб вимагати великої довжини, щоб уникнути.

Під час перемикання низької сторони з ланцюгом управління з низькою стороною, цілком очевидно, що ви хочете використовувати NPN транзистор або N канальний FET. Однак при високому бічному вимикачі вам доведеться розглянути більше варіантів. N канальні FET, як правило, мають кращі характеристики як комутатори, але використання однієї з них представляє дві проблеми: затвор повинен перемикатися за діапазон комутації плюс діапазон включення / вимкнення затвора, і йому потрібна напруга, що перевищує рейку живлення при включенні. Є чіпи драйвера, які можуть займати ці речі більшу частину часу, але проблеми все ще є.

AP-канал FET легше перемикати, оскільки напруга на затворі має бути в діапазоні від напруги живлення до приблизно 10 В менше для більшості FET. PNP-транзистори можуть бути ще простішими, оскільки вам потрібно лише вивести деякий струм із бази, щоб увімкнути їх. Однак їх швидке відключення може бути складним завданням.

Отже, як зазвичай, немає універсальної відповіді, і компроміси повинні розглядатися окремо для кожної заявки.


Ви можете використовувати підтягувачі для високої сторони та перемикатися між Z / L замість H / L
Alexander M

1
@ Алекс: Звичайно, існує безліч способів керування високими бічними вимикачами, кожен зі своїм набором переваг та недоліків. Одна з проблем з підтягуванням для відключення високих бічних вимикачів полягає в тому, що це вимикає їх повільно. Наприклад, це може бути серйозною проблемою для чогось, наприклад, перетворювача доларів.
Олін Латроп

@AlexanderM: Навіть якщо ви ігноруєте швидкість перемикання, досить часто ви будете використовувати MOSFET в додатку, де напруга навантаження нижче максимуму Vds, який може приймати MOSFET (очевидно), але вище макс. напр., 20 В на 100 В MOSFET), і в цьому випадку вам потрібно більше, ніж просто підтягуючий резистор: books.google.com/books?id=FSpC6yNyNWcC&pg=PA297
Fizz

Крім того, при високо комутаційному ПНП вам часто доводиться турбуватися про (високу) напругу, до якої буде підніматися база, особливо коли драйвер працює на логічному рівні jeelabs.org/2012/11/12/high- бічне перемикання
Fizz

@OlinLathrop, Дякую за чудове пояснення. Якщо ми використовуємо низькобічний вимикач для управління постійним струмом двигуна, як влаштована схема зворотного зв’язку напруги? У приводі SCR ми беремо V + і V- шину і отримуємо значення зворотного зв’язку напруги, зменшуючи відповідним чином (ізольоване, диференційовано посилене, точність виправлення тощо). Тут сторона V + завжди підключена до повного живлення, і оскільки наші керуючі ланцюги посилаються на землю, то + кінець ланцюга зворотного зв’язку напруги покаже повну напругу, тоді як -ve покаже деяку величину плаваючої напруги, коли низький бічний вимикач вимкнено, правда? Що робити?
Вішал

6

Для ізольованої схеми немає великої різниці між комутацією високої та низької сторони. Для більш високих струмів навантаження низькі бічні напівпровідникові вимикачі (наприклад, NPN-транзистори та N-канальні MOSFET) часто менш втратні, ніж їх еквіваленти на високій стороні, і тому переважніші.

Однак якщо схема підключена до зовнішніх пристроїв із власними підключеннями живлення, це стає розмитим. Якщо ці зовнішні пристрої забезпечують підключення до тієї ж орієнтації на землю, що і джерело живлення в ланцюзі, і ви вмикаєте це вхід і вимикання, тоді зовнішні пристрої нададуть альтернативний шлях до землі, ваше перемикання буде неефективним, і ви можете в кінцевому підсумку пошкодити щось не оцінюється за відповідний струм по дорозі.

Аналогічно, якщо зовнішні пристрої забезпечують живлення V +, яке посилається на той самий заземлення, що і джерело живлення, яке ви перемикаєте, ви можете в кінцевому підсумку живити позитивну напругу через пристрої із зовнішнім живленням, знову ж таки, з небажаними результатами.


Прийняв відповідь Ігнасіо тільки б / с, він був першим
Олександр М

3
@ Алекс: Якби я знав, що ти будеш приймати будь-яку відповідь лише через 18 хвилин після того, як поставиш запитання, я б не потурбував її написати, не кажучи вже про якусь історію. Я буду пам'ятати про це для подальшого запитання.
Олін Латроп

Вибач, Олін. Я мав би сказати, що ваші відповіді дуже схожі на відповіді Ігнасіо. Це також було причиною
Олександр М

2
@AlexanderM: це не схоже на мене. Олін висвітлив багато важливих деталей на практиці, які були повністю проігноровані у відповіді, яку ви прийняли.
Фіз

1

Існує чимало причин вибору одного типу перемикання на інший.

Якщо ваша схема / навантаження може переносити струми заземлення, створені при перемиканні навантаження .. як правило, комутація низької сторони легше і дешевше.

Якщо ваша схема не переносить цього (занадто великі порушення в площині заземлення більш чутливого / нижчого напруги процесора / логіки) .. краще переключити навантаження, використовуючи методи високої сторони, це дозволяє повернути струм навантаження керується окремо (часто більш високі навантаження потужності потребують шини напруги більш високої напруги .. все ж поділяють спільний потенціал "земля" окремими зворотними шляхами).

Інша поширена причина перемикання на високій стороні (згадується Оліном). Найбільш доступний шлях зворотного струму для навантаження - рейка з негативною потужністю. Приклад: автомобільне шасі, що використовується як "земля" (шлях зворотного струму постійного струму) для реле / ​​тощо. (Цей приклад має численні додаткові переваги та ризики).

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.