Perbedaan antara switching daya tinggi dan rendah?

Apakah ada perbedaan nyata antara switching sisi tinggi dan sisi rendah?

Menganggap:

• Switching untuk kontrol on / off dari suatu objek (RPi kasus saya)
• Basis / Gerbang dapat didorong ke Vcc dan GND

Satu-satunya perbedaan nyata adalah permukaan tanah dan arus maksimum yang tersedia:

• Pergantian sisi-rendah berarti bahwa dua subcircuit akan memiliki permukaan tanah yang berbeda karena elemen pensakelaran akan memiliki penurunan tegangan non-nol (kecil).
• Pergantian sisi-tinggi akan memiliki batas arus maksimum lebih rendah karena elemen-elemen switching tipe-P (sisi-tinggi) biasanya memiliki tahanan yang lebih tinggi daripada elemen-elemen switching tipe-N (sisi-rendah).

Tentu saja ada perbedaan, kalau tidak, tidak akan ada dua metode yang berbeda dengan nama yang berbeda.

Jika beban mengambang, seperti motor atau solenoid misalnya, maka perpindahan sisi tinggi atau rendah tidak membuat perbedaan pada beban. Itu karena, menurut definisi mengambang, node hanya "melihat" tegangan diferensial melewatinya dan tidak bereaksi terhadap tegangan mode umum.

Bahkan dengan beban mengambang, perbedaan pada sirkuit penggerak untuk switching sisi tinggi versus rendah dapat menjadi signifikan. Dengan konvensi, kami biasanya mempertimbangkan tanah sisi negatif dari catu daya yang menggerakkan sirkuit kontrol, dengan daya yang kemudian menjadi positif. Karena ground adalah sisi negatif, dan sinyal lain yang mungkin kita perlukan untuk berinteraksi dengan koneksi ke seluruh dunia akan dirujuk ke ground ini, sirkuit kontrol kemudian juga direferensikan ke ground. Misalnya, bahkan jika Anda mengendarai solenoid 24 V, mikrokontroler yang memproduksi pulsa PWM akan ditenagai oleh rel dan ground 3,3 V.

Karena sirkuit kontrol berada di sisi daya yang rendah (arde), menggerakkan sakelar sisi rendah biasanya lebih mudah daripada mengendarai sakelar sisi tinggi. Oleh karena itu, dengan beban mengambang yang tidak peduli apakah kita mengganti sisi rendah atau tinggi, kita biasanya mengganti sisi rendah.

Alasan lain untuk menggunakan sakelar sisi rendah adalah ketika satu sisi beban sudah terhubung ke suplai positif di luar kendali kami. Satu-satunya pilihan yang kita miliki adalah membiarkan sisi rendah dari beban mengambang untuk mematikan beban, atau menghubungkannya ke ground untuk menyalakannya. Akan lebih mudah bagi beberapa beban untuk terhubung terlebih dahulu ke daya di satu sisi untuk menyederhanakan pengkabelan sistem secara keseluruhan.

Dalam beberapa kasus beban tidak peduli. Jika beban memiliki sinyal referensi-darat lainnya yang harus disambungkan, maka Anda biasanya perlu menjaga simpul pembumiannya terhubung ke pentanahan. Dalam hal ini, Anda harus mengalihkan daya positif ke beban apakah Anda suka atau tidak. Sekali lagi, ini biasanya lebih rumit daripada menggerakkan sakelar samping yang rendah, tetapi tidak terlalu berlebihan sehingga perlu waktu lama untuk menghindari.

Saat mengganti sisi rendah dengan sirkuit kontrol sisi rendah, cukup jelas Anda ingin menggunakan transistor NPN atau N kanal FET. Namun, dengan sakelar sisi tinggi Anda harus mempertimbangkan lebih banyak opsi. N kanal FET umumnya memiliki karakteristik yang lebih baik sebagai sakelar, tetapi dengan menggunakan satu menghadirkan dua masalah: Gerbang harus membanting pada rentang sakelar plus jangkauan on / off gerbang, dan perlu voltase di atas rel daya saat dinyalakan. Ada chip driver yang dapat mengambil hal-hal ini sebagian besar waktu, tetapi masih ada masalah.

FET saluran AP lebih mudah untuk beralih karena tegangan gerbang hanya berkisar dari tegangan daya hingga sekitar 10 V lebih sedikit untuk sebagian besar FET. Transistor PNP bisa lebih mudah karena Anda hanya perlu menarik arus keluar dari pangkalan untuk menyalakannya. Namun, mematikannya dengan cepat bisa menjadi tantangan.

Jadi, seperti biasa, tidak ada jawaban universal, dan pengorbanan harus dipertimbangkan secara terpisah untuk setiap aplikasi.

Untuk sirkuit terisolasi, tidak ada perbedaan besar antara switching sisi tinggi dan rendah. Untuk arus beban yang lebih tinggi, sakelar semikonduktor sisi rendah (misalnya transistor NPN dan MOSFET saluran-N) sering kali lebih kecil rugi daripada setara sisi-tinggi, dan karenanya lebih disukai.

Namun, jika sirkuit terhubung ke perangkat eksternal dengan koneksi daya mereka sendiri, ini menjadi kabur. Jika perangkat eksternal ini menyediakan koneksi ke referensi ground yang sama dengan catu daya ke sirkuit dan Anda beralih ini masuk dan keluar maka perangkat eksternal akan memberikan rute alternatif ke ground, switching Anda tidak akan efektif dan Anda mungkin akhirnya merusak sesuatu tidak diberi peringkat untuk arus yang sesuai di sepanjang jalan.

Demikian pula, jika perangkat eksternal menyediakan suplai V + yang dirujuk ke ground yang sama dengan suplai yang Anda ganti, Anda dapat menyalakan kembali rel tegangan positif melalui perangkat bertenaga eksternal, sekali lagi dengan hasil yang tidak diinginkan.

Ada banyak alasan untuk memilih satu jenis pengalihan.

Jika sirkuit Anda / beban dapat mentolerir arus tanah yang dibuat saat mengganti beban .. umumnya switching sisi rendah lebih mudah dan lebih murah.

Jika sirkuit Anda tidak dapat mentolerir ini (terlalu banyak gangguan pada bidang tanah dari prosesor / logika tegangan yang lebih sensitif / lebih rendah) .. lebih baik untuk beralih beban menggunakan metode sisi tinggi, ini memungkinkan arus balik beban menjadi dikelola secara terpisah (seringkali beban daya yang lebih tinggi membutuhkan rel listrik bertegangan lebih tinggi .. masih berbagi potensi "tanah" yang sama dengan jalur balik yang terpisah).

Alasan umum lainnya untuk switching sisi tinggi (disebutkan oleh Olin) .... Jalur arus balik yang paling tersedia untuk beban adalah rel daya negatif. Contoh: sasis otomotif yang digunakan sebagai "ground" (jalur pengembalian DC) untuk relai / dll. (Contoh ini memiliki banyak keuntungan dan risiko tambahan).