Diferença entre comutação de potência do lado alto e baixo?

Existe alguma diferença real entre a comutação do lado alto e do lado baixo?

Presumir:

• A comutação é para controle on / off de um objeto (My case RPi)
• Base / Gate pode ser direcionado para Vcc e GND

As únicas diferenças reais são o nível do solo e a corrente máxima disponível:

• A comutação do lado inferior significa que os dois subcircuitos terão níveis de terra diferentes, pois o elemento de comutação terá uma (pequena) queda de tensão diferente de zero.
• A comutação do lado alto terá um limite máximo de corrente mais baixo, uma vez que os elementos de comutação do tipo P (lado superior) geralmente têm uma resistência superior à dos elementos de comutação do tipo N (lado inferior).

Claro que há uma diferença, caso contrário não haveria dois métodos diferentes com nomes diferentes.

Se a carga estiver flutuando, como um motor ou solenóide, por exemplo, a comutação lateral alta ou baixa não faz diferença para a carga. Isso ocorre porque, por definição de flutuante, o nó apenas "vê" a tensão diferencial em seu interior e não reage à tensão no modo comum.

Mesmo com uma carga flutuante, as diferenças no circuito de acionamento para chaveamento lateral alto versus baixo podem ser significativas. Por convenção, geralmente consideramos o lado negativo da fonte de alimentação que aciona o circuito de controle, com a energia sendo positiva. Como o terra é o lado negativo, e outros sinais com os quais precisamos interagir com o resto do mundo serão referenciados a esse terra, o circuito de controle também será referenciado. Por exemplo, mesmo se você estiver dirigindo um solenóide de 24 V, o microcontrolador que produz os pulsos PWM será alimentado por um trilho de 3,3 V e terra.

Como o circuito de controle está localizado no lado mais baixo da energia (no solo), acionar interruptores laterais baixos geralmente é mais fácil do que acionar interruptores laterais altos. Portanto, com uma carga flutuante que não se importa se trocamos o lado baixo ou alto, geralmente trocamos o lado baixo.

Outro motivo para usar uma chave lateral baixa é quando um lado da carga já está conectado à fonte positiva fora do nosso controle. A única opção que temos é deixar o lado baixo da carga flutuando para desligá-la ou conectá-lo ao terra para ligá-lo. Pode ser conveniente pré-conectar algumas cargas à energia de um lado para simplificar a fiação geral do sistema.

Em alguns casos, a carga se importa. Se a carga tiver outros sinais referenciados ao terra aos quais ele deve se conectar, geralmente você precisará manter seu nó de terra conectado ao terra. Nesse caso, você deve mudar a potência positiva para a carga, quer você goste ou não. Novamente, isso geralmente é mais complicado do que acionar um interruptor lateral baixo, mas não excessivamente, de modo que exige grandes comprimentos para evitar.

Ao alternar o lado inferior com o circuito de controle do lado inferior, é bastante óbvio que você deseja usar um transistor NPN ou FET de canal N. No entanto, com uma chave lateral alta, é necessário considerar mais opções. Os FETs de canal N geralmente têm melhores características como comutadores, mas o uso de um apresenta dois problemas: O portão precisa girar acima da faixa de comutação mais a faixa de ligar / desligar a porta e precisa de uma voltagem acima do trilho de energia quando ligado. Existem chips de driver que podem tirar essas coisas na maioria das vezes, mas ainda existem problemas.

O canal AP FET é mais fácil de alternar, pois a tensão do portão só precisa variar da tensão de alimentação a cerca de 10 V a menos para a maioria dos FETs. Os transistores PNP podem ser ainda mais fáceis, pois você só precisa extrair alguma corrente da base para ativá-los. No entanto, desativá-los rapidamente pode ser um desafio.

Portanto, como sempre, não há resposta universal e as compensações devem ser consideradas separadamente para cada aplicativo.

Para um circuito isolado, não há grande diferença entre chaveamento alto e baixo. Para correntes de carga mais altas, os comutadores semicondutores do lado inferior (por exemplo, transistores NPN e MOSFETs de canal N) geralmente apresentam menos perdas do que seus equivalentes do lado superior e, portanto, são os preferidos.

No entanto, se o circuito estiver conectado a dispositivos externos com suas próprias conexões de energia, isso ficará desfocado. Se esses dispositivos externos fornecerem uma conexão com a mesma referência de terra da fonte de alimentação do circuito e você ligar e desligar isso, os dispositivos externos fornecerão uma rota alternativa para o terra, sua comutação será ineficaz e você poderá acabar danificando algo não classificado para a corrente apropriada ao longo do caminho.

Da mesma forma, se os dispositivos externos fornecerem uma fonte V + que seja referenciada no mesmo terra que a fonte que você está trocando, você poderá voltar a alimentar o trilho de tensão positiva por meio dos dispositivos externos, novamente com resultados indesejáveis.

Existem inúmeras razões para escolher um tipo de comutação em detrimento do outro.

Se o seu circuito / carga puder tolerar as correntes de terra criadas ao trocar a carga, geralmente a troca lateral baixa é mais fácil e mais barata.

Se o seu circuito não puder tolerar isso (muita perturbação no plano de terra do processador / lógica mais sensível / de baixa tensão) .. é melhor alternar a carga usando métodos do lado alto, isso permite que a corrente de retorno da carga seja gerenciado separadamente (muitas vezes, cargas de energia mais altas exigem um trilho de energia de alta tensão. ainda compartilha um potencial "terra" comum com caminhos de retorno separados).

A outra razão comum para a comutação lateral alta (mencionada por Olin)... O caminho de corrente de retorno mais prontamente disponível para a carga é o trilho de potência negativo. Exemplo: chassi automotivo usado como "terra" (caminho de retorno CC) para um relé / etc. (este exemplo possui inúmeras vantagens e riscos adicionais).