Différence entre la commutation de puissance côté haut et côté bas?

Existe-t-il une réelle différence entre la commutation côté haut et bas?

Présumer:

• La commutation est pour le contrôle on / off d'un objet (My case RPi)
• Base / Gate peut être piloté en Vcc et GND

Les seules vraies différences sont le niveau du sol et le courant maximum disponible:

• La commutation côté bas signifie que les deux sous-circuits auront des niveaux de masse différents car l'élément de commutation aura une (petite) chute de tension non nulle.
• La commutation côté haut aura une limite de courant maximale inférieure, car les éléments de commutation de type P (côté haut) ont généralement une résistance à la tension plus élevée que les éléments de commutation de type N (côté bas).

Bien sûr, il y a une différence, sinon il n'y aurait pas deux méthodes différentes avec des noms différents.

Si la charge est flottante, comme un moteur ou un solénoïde par exemple, la commutation côté haut ou bas ne fait aucune différence pour la charge. En effet, par définition de flottant, le nœud ne "voit" que la tension différentielle qui le traverse et ne réagit pas à la tension de mode commun.

Même avec une charge flottante, les différences avec le circuit de commande pour la commutation côté haut / bas peuvent être importantes. Par convention, nous considérons généralement la mise à la terre du côté négatif de l'alimentation entraînant les circuits de commande, la puissance étant alors positive. Étant donné que la terre est le côté négatif, et d'autres signaux dont nous pourrions avoir besoin pour interagir avec ceux qui se connectent au reste du monde seront référencés à cette terre, le circuit de commande est alors également référencé à la terre. Par exemple, même si vous pilotez un solénoïde de 24 V, le microcontrôleur produisant les impulsions PWM sera alimenté par un rail de 3,3 V et la masse.

Étant donné que le circuit de commande est assis sur le côté bas de l'alimentation (le sol), la conduite des commutateurs côté bas est généralement plus facile que la conduite des commutateurs côté haut. Par conséquent, avec une charge flottante qui ne se soucie pas si nous commutons le côté bas ou le côté haut, nous commutons généralement le côté bas.

Une autre raison d'utiliser un interrupteur côté bas est lorsqu'un côté de la charge est déjà connecté à l'alimentation positive hors de notre contrôle. Le seul choix que nous ayons est de laisser le côté bas de la charge flottant pour éteindre la charge, ou de le connecter à la terre pour l'allumer. Il peut être pratique que certaines charges soient pré-connectées à l'alimentation d'un côté pour simplifier le câblage global du système.

Dans certains cas, la charge est importante. Si la charge a d'autres signaux référencés à la masse auxquels elle doit se connecter, vous devez généralement garder son nœud de masse connecté à la masse. Dans ce cas, vous devez commuter la puissance positive sur la charge, que cela vous plaise ou non. Encore une fois, cela est généralement plus compliqué que de piloter un interrupteur latéral bas, mais pas trop pour que cela nécessite de grandes longueurs à éviter.

Lors de la commutation du côté bas avec des circuits de commande du côté bas, il est assez évident que vous souhaitez utiliser un transistor NPN ou un FET à canal N. Cependant, avec un interrupteur latéral haut, vous devez considérer plus d'options. Les transistors FET à canal N ont généralement de meilleures caractéristiques en tant que commutateurs, mais en utiliser un présente deux problèmes: la porte doit basculer sur la plage de commutation plus la plage marche / arrêt de la porte, et elle a besoin d'une tension au-dessus du rail d'alimentation lorsqu'elle est activée. Il y a des puces de pilote qui peuvent prendre ces choses la plupart du temps, mais il y a toujours des problèmes.

Le FET du canal AP est plus facile à commuter car la tension de grille ne doit aller que de la tension d'alimentation à environ 10 V de moins pour la plupart des FET. Les transistors PNP peuvent être encore plus faciles car il suffit de tirer du courant de la base pour les allumer. Cependant, les désactiver rapidement peut être un défi.

Donc, comme d'habitude, il n'y a pas de réponse universelle, et les compromis doivent être considérés séparément pour chaque application.

Pour un circuit isolé, non, il n'y a pas de grande différence entre la commutation côté haut et bas. Pour des courants de charge plus élevés, les commutateurs à semi-conducteur côté bas (par exemple les transistors NPN et les transistors MOSFET à canal N) ont souvent moins de pertes que leurs équivalents côté haut, et sont donc préférés.

Cependant, si le circuit est connecté à des appareils externes avec leurs propres connexions d'alimentation, cela devient flou. Si ces périphériques externes fournissent une connexion à la même référence de mise à la terre que l'alimentation du circuit et que vous les commutez puis les déconnectez, les périphériques externes fourniront un autre itinéraire vers la terre, votre commutation sera inefficace et vous risquez d'endommager quelque chose pas évalué pour le courant approprié en cours de route.

De même, si les appareils externes fournissent une alimentation V + référencée à la même masse que l'alimentation que vous commutez, vous pouvez finir par alimenter en retour le rail de tension positive via les appareils alimentés en externe, là encore avec des résultats indésirables.

Il existe de nombreuses raisons de choisir un type de commutation plutôt que l'autre.

Si votre circuit / charge peut tolérer les courants de terre créés lors de la commutation de la charge .. généralement, la commutation côté bas est plus facile et moins chère.

Si votre circuit ne peut pas tolérer cela (trop de perturbation dans le plan de masse du processeur / logique plus sensible / à tension plus faible) .. il est préférable de commuter la charge en utilisant des méthodes de côté élevé, cela permet au courant de retour de la charge d'être géré séparément (les charges de puissance souvent plus élevées nécessitent un rail d'alimentation à tension plus élevée .. partageant toujours un potentiel "de masse" commun avec des chemins de retour séparés).

L'autre raison courante de la commutation côté haut (mentionnée par Olin) ... le chemin de courant de retour le plus facilement disponible pour la charge est le rail d'alimentation négatif. Exemple: châssis automobile utilisé comme "masse" (voie de retour DC) pour un relais / etc. (cet exemple présente de nombreux avantages et risques supplémentaires).