Разница между переключением высокого и низкого напряжения?

12

Есть ли реальная разница между переключением на стороне высокого и низкого уровня?

Предполагать:

  • Переключение для включения / выключения управления объектом (Мой случай RPi)
  • База / Ворота могут быть подключены к Vcc и GND
Александр М
источник
2
Если вы переключаете цифровое устройство с подключенными контактами ввода-вывода, эти контакты могут действовать как другое заземление, и переключение на стороне низкого уровня не будет работать. В этом случае вам понадобится переключение на большую сторону или буферы.
геометрикал

Ответы:

11

Единственные реальные различия - это уровень земли и максимальный доступный ток:

  • Переключение на нижней стороне означает, что две подсхемы будут иметь разные уровни заземления, поскольку у переключающего элемента будет (небольшое) ненулевое падение напряжения.
  • Переключение на стороне высокого уровня будет иметь более низкий предел максимального тока, поскольку переключающие элементы P-типа (со стороны высокого уровня) обычно имеют более высокое сопротивление, чем переключающие элементы N-типа (со стороны низкого уровня).
Игнасио Васкес-Абрамс
источник
25

Конечно, есть разница, иначе не было бы двух разных методов с разными именами.

Если нагрузка является плавающей, как, например, двигатель или соленоид, то переключение на стороне высокого или низкого давления не влияет на нагрузку. Это связано с тем, что по определению плавающий узел только «видит» дифференциальное напряжение через него и не реагирует на синфазное напряжение.

Даже при плавающей нагрузке различия в схеме управления для переключения с высокой и низкой стороны могут быть значительными. По соглашению мы обычно рассматриваем заземление как отрицательную сторону источника питания, управляющего схемой управления, при этом мощность становится положительной. Поскольку земля является отрицательной стороной, и другие сигналы, которые нам могут понадобиться для взаимодействия с остальным миром, будут привязаны к этой земле, тогда схема управления также будет привязана к земле. Например, даже если вы управляете соленоидом 24 В, микроконтроллер, генерирующий импульсы ШИМ, будет питаться от шины 3.3 В и заземляться.

Поскольку схема управления находится на низкой стороне питания (на земле), управление переключателями на стороне низкого уровня обычно проще, чем переключателями на стороне высокого уровня. Следовательно, с плавающей нагрузкой, которая не заботится о том, переключаем ли мы сторону низкого или высокого уровня, мы обычно переключаем сторону низкого уровня.

Другая причина использования выключателя на стороне низкого уровня заключается в том, что одна сторона нагрузки уже подключена к положительному источнику питания вне нашего контроля. Единственный выбор, который у нас есть, - оставить низкую сторону нагрузки плавающей, чтобы отключить нагрузку, или подключить ее к земле, чтобы включить. Для некоторых нагрузок может быть удобно предварительно подключить питание к одной стороне, чтобы упростить общую проводку системы.

В некоторых случаях нагрузка все равно. Если нагрузка имеет другие сигналы, связанные с землей, к которым она должна подключиться, то обычно вам нужно держать заземляющий узел подключенным к земле. В этом случае вы должны переключить положительную мощность на нагрузку, нравится вам это или нет. Опять же, это, как правило, сложнее, чем приведение в действие переключателя на стороне низкого уровня, но не слишком, так что для этого требуется большая длина.

При переключении нижней стороны со схемой управления нижней стороны, совершенно очевидно, что вы хотите использовать NPN-транзистор или N-канальный FET. Однако, с верхним боковым переключателем вы должны рассмотреть больше вариантов. N-канальные полевые транзисторы, как правило, имеют лучшие характеристики в качестве переключателей, но использование одного из них представляет две проблемы: затвор должен переключаться в диапазоне переключений плюс диапазон вкл / выкл затвора, и ему нужно напряжение выше шины питания, когда он включен. Существуют микросхемы драйверов, которые могут использовать эти возможности большую часть времени, но все еще существуют проблемы.

Полевой транзистор канала AP легче переключать, так как для большинства полевых транзисторов напряжение затвора должно варьироваться только от напряжения питания до примерно 10 В. PNP-транзисторы могут быть еще проще, так как вам нужно всего лишь протянуть ток из базы, чтобы включить их. Однако их быстрое отключение может стать проблемой.

Таким образом, как обычно, нет универсального ответа, и компромиссы должны рассматриваться отдельно для каждого приложения.

Олин Латроп
источник
Вы можете использовать подтягивания для высокой стороны, и переключаться между Z / L вместо H / L
Александр М
1
@Alex: Конечно, есть много способов управления верхними боковыми переключателями, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Одна из проблем, связанных с подтягиванием для выключения переключателей на верхней стороне, заключается в том, что они медленно отключаются. Это может быть серьезной проблемой для чего-то вроде конвертера доллара, например.
Олин Латроп
@AlexanderM: Даже если вы игнорируете скорость переключения, достаточно часто вы будете использовать MOSFET в приложении, где напряжение нагрузки ниже максимального Vds, которое может принимать MOSFET (очевидно), но выше max Vgs, которое оно может принять (что намного ниже, например, 20 В на 100 В MOSFET), в этом случае вам нужно больше, чем просто подтягивающий резистор: books.google.com/books?id=FSpC6yNyNWcC&pg=PA297
Fizz,
Кроме того, с переключающим PNP на стороне высокого уровня вам часто приходится беспокоиться о (высоком) напряжении, на которое будет поднята его база, особенно когда драйвер является схемой логического уровня. Jeelabs.org/2012/11/12/high- переключение сторон
Fizz
@OlinLathrop, спасибо за чудесное объяснение. Если для управления двигателем постоянного тока мы используем переключатель на стороне низкого напряжения, как устроена схема обратной связи по напряжению? В приводе SCR мы берем шину V + и V- и получаем значение обратной связи по напряжению, соответствующим образом уменьшая (изолированный, дифференциально усиленный, прецизионный выпрямленный и т. Д.). Здесь сторона V + всегда подключена к полному источнику питания, и поскольку наши цепи управления привязаны к земле, + ve конец цепи обратной связи по напряжению будет показывать полное напряжение, тогда как -ve будет показывать некоторое -ve плавающее напряжение при низком уровне боковой переключатель выключен, верно? Что делать?
Вишал
6

Для изолированной цепи нет большой разницы между переключением на стороне высокого и низкого уровня. Для более высоких токов нагрузки полупроводниковые переключатели с низкой стороны (например, NPN-транзисторы и N-канальные MOSFET) часто имеют меньшие потери, чем их эквиваленты на верхней стороне, и поэтому являются предпочтительными.

Однако, если цепь подключена к внешним устройствам с их собственными подключениями питания, это становится размытым. Если эти внешние устройства обеспечивают подключение к той же точке заземления, что и источник питания в цепи, и вы включаете и выключаете его, то внешние устройства будут обеспечивать альтернативный маршрут к заземлению, ваше переключение будет неэффективным, и вы можете повредить что-то не рассчитан на соответствующий ток по пути.

Точно так же, если внешние устройства обеспечивают источник V +, который привязан к той же земле, что и источник, который вы переключаете, вы можете в конечном итоге включить питание шины положительного напряжения через устройства с внешним питанием, опять же с нежелательными результатами.

stefandz
источник
Принял ответ Игнасио только б / к он был первым
Александр М
3
@ Алекс: Если бы я знал, что вы примете какой-либо ответ только через 18 минут после того, как задали вопрос, я бы не стал его писать, не говоря уже о том, чтобы перейти к какому-то фону. Я буду помнить это для будущего вопроса, который вы зададите.
Олин Латроп
Прости, Олин. Я должен был сказать, что ваши ответы были очень похожи на ответы Игнасио. Это было также почему
Александр M
2
@AlexanderM: это не похоже на меня. Олин раскрыл много деталей, имеющих значение на практике, которые были полностью проигнорированы в ответе, который вы приняли.
Fizz
1

Есть много причин, чтобы выбрать один тип переключения на другой.

Если ваша цепь / нагрузка может выдержать токи заземления, создаваемые при переключении нагрузки ... обычно переключение на стороне низкого напряжения проще и дешевле.

Если ваша схема не может этого допустить (слишком сильные помехи в заземляющей поверхности более чувствительного / низковольтного процессора / логики) .. лучше переключать нагрузку, используя методы высокого напряжения, это позволяет току возврата нагрузки быть управляется отдельно (часто для более высоких нагрузок требуется шина питания более высокого напряжения .. все еще разделяет общий потенциал «заземления» с отдельными обратными путями).

Другой распространенной причиной переключения на стороне высокого напряжения (упомянутой Олин) ... ... наиболее доступным путем обратного тока для нагрузки является отрицательная силовая шина. Пример: автомобильное шасси, используемое как «земля» (обратный путь постоянного тока) для реле и т. Д. (Этот пример имеет множество дополнительных преимуществ и рисков).

Джон
источник