Diferença entre comutação de potência do lado alto e baixo?

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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
Alexander M
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Se você estiver alternando um dispositivo digital com pinos de E / S conectados, esses pinos podem atuar como outro terra e a comutação lateral baixa não funcionará. Nesse caso, você precisará de comutação lateral alta ou buffers.
geometrikal

Respostas:

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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).
Ignacio Vazquez-Abrams
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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.

Olin Lathrop
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Você pode usar pull-ups para o lado alto, e alternar entre Z / L em vez de H / L
Alexander M
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@ Alex: Claro, existem muitas maneiras de acionar interruptores laterais altos, cada um com seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens. Um problema com os pullups para desligar os interruptores laterais altos é que isso os desliga lentamente. Isso pode ser um problema sério para algo como um conversor buck, por exemplo.
Olin Lathrop
@AlexanderM: Mesmo se você ignorar a velocidade de comutação, muitas vezes você usará um MOSFET em um aplicativo em que a tensão de carga esteja abaixo dos Vds máximos que o MOSFET pode receber (obviamente), mas acima dos Vgs máximos que pode levar (que é muito menor, por exemplo, 20V em um MOSFET de 100V); nesse caso, você precisa mais do que apenas o resistor de pull-up: books.google.com/books?id=FSpC6yNyNWcC&pg=PA297
Fizz
Além disso, com um PNP de comutação do lado alto, muitas vezes você precisa se preocupar com a (alta) tensão à qual sua base será elevada, especialmente quando o driver é um circuito de nível lógico jeelabs.org/2012/11/12/high- troca de lado
Fizz
@OlinLathrop, obrigado pela maravilhosa explicação. Se usarmos uma chave lateral baixa para o controle do motor CC, como é organizado o circuito de realimentação de tensão? Em um inversor SCR, pegamos o barramento V + e V- e obtemos o valor de realimentação de tensão, reduzindo apropriadamente (isolado, amplificado diferencialmente, retificado com precisão etc.). Aqui, o lado V + está sempre conectado à fonte de alimentação completa e, como nossos circuitos de controle são referenciados ao terra, a extremidade + ve do circuito de feedback de voltagem mostrará a voltagem total, enquanto o -ve mostrará alguma voltagem flutuante de -ve quando a baixa interruptor lateral está desligado, certo? O que fazer?
Vishal
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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.

stefandz
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Aceitou a resposta de Ignacio apenas porque ele era o primeiro #
Alexander M
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@ Alex: Se eu soubesse que você aceitaria qualquer resposta apenas 18 minutos depois de fazer a pergunta, eu não teria me incomodado em escrever uma, muito menos em entrar em algum plano de fundo. Vou manter isso em mente para futuras perguntas que você fizer.
21715 Olin Lathrop
Desculpe, Olin. Eu deveria ter dito que suas respostas foram muito semelhantes às de Ignacio. Isso também foi por que
Alexander M
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@AlexanderM: não parece tão parecido comigo. Olin abordou muitos detalhes importantes na prática, que foram completamente ignorados na resposta que você aceitou.
Fizz
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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).

John
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