Sự khác biệt giữa chuyển đổi năng lượng cao và thấp?


12

Có sự khác biệt thực sự nào giữa chuyển đổi phía cao và phía thấp không?

Giả định:

  • Chuyển đổi là để điều khiển bật / tắt đối tượng (RPi trường hợp của tôi)
  • Base / Gate có thể được điều khiển tới Vcc và GND

2
Nếu bạn đang chuyển đổi một thiết bị kỹ thuật số với các chân IO được kết nối, các chân này có thể hoạt động như một công tắc mặt đất khác và chuyển mạch bên thấp sẽ không hoạt động. Trong trường hợp này, bạn sẽ cần chuyển đổi bên cao hoặc bộ đệm.
geometrikal

Câu trả lời:


11

Sự khác biệt thực sự duy nhất là mức mặt đất và dòng tối đa có sẵn:

  • Chuyển mạch phía thấp có nghĩa là hai mạch con sẽ có các mức mặt đất khác nhau do phần tử chuyển mạch sẽ có sự sụt giảm điện áp khác không (nhỏ).
  • Chuyển mạch phía cao sẽ có giới hạn dòng tối đa thấp hơn do các phần tử chuyển mạch loại P (phía cao) thường có điện trở cao hơn các phần tử chuyển mạch loại N (phía thấp).

25

Tất nhiên có một sự khác biệt, khác là sẽ không có hai phương thức khác nhau với các tên khác nhau.

Nếu tải nổi, chẳng hạn như động cơ hoặc điện từ, thì chuyển đổi bên cao hoặc thấp không tạo ra sự khác biệt đối với tải. Đó là bởi vì, theo định nghĩa nổi, nút chỉ "nhìn thấy" điện áp vi sai đi qua nó và không phản ứng với điện áp chế độ chung.

Ngay cả với tải trọng nổi, sự khác biệt đối với mạch lái xe đối với chuyển đổi bên cao so với thấp có thể là đáng kể. Theo quy ước, chúng ta thường coi mặt đất là mặt tiêu cực của nguồn cung cấp cho mạch điều khiển, với nguồn điện là dương. Vì mặt đất là mặt tiêu cực và các tín hiệu khác mà chúng ta có thể cần phải tương tác với kết nối với phần còn lại của thế giới sẽ được tham chiếu đến mặt đất này, nên mạch điều khiển cũng được tham chiếu mặt đất. Ví dụ, ngay cả khi bạn đang lái một cuộn điện từ 24 V, bộ vi điều khiển tạo ra các xung PWM sẽ được cung cấp bởi đường ray 3,3 V và mặt đất.

Vì mạch điều khiển nằm ở phía thấp của nguồn điện (mặt đất), nên việc điều khiển các công tắc phía thấp thường dễ dàng hơn so với việc điều khiển các công tắc phía cao. Do đó, với tải trọng nổi không quan tâm đến việc chúng ta chuyển đổi bên thấp hay cao, chúng ta thường chuyển đổi bên thấp.

Một lý do khác để sử dụng công tắc phía thấp là khi một bên của tải đã được kết nối với nguồn cung cấp tích cực ngoài tầm kiểm soát của chúng tôi. Sự lựa chọn duy nhất chúng ta có là để mặt thấp của tải nổi để tắt tải hoặc kết nối với mặt đất để bật. Nó có thể thuận tiện cho một số tải được kết nối trước với nguồn ở một bên để đơn giản hóa hệ thống dây tổng thể.

Trong một số trường hợp, tải không quan tâm. Nếu tải có các tín hiệu tham chiếu mặt đất khác mà nó phải kết nối, thì bạn thường cần giữ nút tiếp đất của nó được kết nối với mặt đất. Trong trường hợp đó, bạn phải chuyển công suất dương sang tải cho dù bạn có thích hay không. Một lần nữa, điều này thường phức tạp hơn so với lái một công tắc bên thấp, nhưng không quá nhiều để nó đòi hỏi độ dài lớn để tránh.

Khi chuyển đổi phía thấp với mạch điều khiển phía thấp, khá rõ ràng là bạn muốn sử dụng bóng bán dẫn NPN hoặc FET kênh N. Tuy nhiên, với một chuyển đổi bên cao, bạn phải xem xét nhiều lựa chọn hơn. Các FET kênh N thường có các đặc điểm tốt hơn là các công tắc, nhưng sử dụng một trong hai vấn đề: Cổng phải xoay trên phạm vi chuyển mạch cộng với phạm vi bật / tắt cổng và nó cần một điện áp trên đường ray điện khi bật. Có những chip điều khiển có thể mất những thứ này hầu hết thời gian, nhưng vẫn có vấn đề.

FET kênh AP dễ dàng chuyển đổi hơn vì điện áp cổng chỉ phải dao động từ điện áp nguồn đến khoảng 10 V cho hầu hết các FET. Các bóng bán dẫn PNP có thể thậm chí còn dễ dàng hơn vì bạn chỉ phải rút một số dòng điện ra khỏi cơ sở để bật chúng. Tuy nhiên, tắt chúng nhanh chóng có thể là một thách thức.

Vì vậy, như thường lệ, không có câu trả lời chung, và sự đánh đổi phải được xem xét riêng cho từng ứng dụng.


Bạn có thể sử dụng pull-up cho phía cao và chuyển đổi giữa Z / L thay vì H / L
Alexander M

1
@Alex: Chắc chắn, có rất nhiều cách để điều khiển các công tắc phía cao, mỗi cách đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Một vấn đề với pullups để tắt công tắc phía cao là điều này tắt chúng từ từ. Đó có thể là một vấn đề nghiêm trọng đối với một cái gì đó như một công cụ chuyển đổi buck chẳng hạn.
Olin Lathrop

@AlexanderM: Ngay cả khi bạn bỏ qua tốc độ chuyển đổi, thường thì bạn cũng sẽ sử dụng MOSFET trong một ứng dụng có điện áp tải thấp hơn Vds tối đa mà MOSFET có thể lấy (rõ ràng) nhưng trên VSS tối đa có thể mất (thấp hơn nhiều, ví dụ: 20V trên MOSFET 100V), trong trường hợp đó bạn cần nhiều hơn chỉ là điện trở kéo lên: Books.google.com/books?id=FSpC6yNyNWcC&pg=PA297
Fizz

Ngoài ra, với PNP chuyển mạch phía cao, bạn thường phải lo lắng về điện áp (cao) mà cơ sở của nó sẽ được nâng lên, đặc biệt là khi trình điều khiển là mạch cấp logic jeelabs.org/2012/11/12/high- chuyển đổi bên
Fizz

@OlinLathrop, Cảm ơn lời giải thích tuyệt vời. Nếu chúng ta sử dụng một công tắc phía thấp để điều khiển động cơ dc, thì mạch Phản hồi điện áp được bố trí như thế nào? Trong ổ SCR, chúng tôi lấy V + và V- bus và nhận giá trị phản hồi điện áp bằng cách giảm một cách thích hợp (cách ly, khuếch đại khác biệt, chỉnh lưu chính xác, v.v.). Ở đây, phía V + luôn được kết nối với nguồn cung cấp đầy đủ và do các mạch điều khiển của chúng tôi được tham chiếu đến mặt đất, nên đầu cuối của mạch phản hồi điện áp sẽ hiển thị điện áp đầy đủ, trong khi -ve sẽ hiển thị một số điện áp nổi khi có điện áp thấp công tắc bên là TẮT, phải không? Phải làm sao
Vishal

6

Đối với một mạch bị cô lập, không có sự khác biệt lớn giữa chuyển mạch phía cao và phía thấp. Đối với các dòng tải cao hơn, các công tắc bán dẫn phía thấp (ví dụ như các bóng bán dẫn NPN và MOSFET kênh N) thường ít tổn thất hơn so với các tương đương phía cao của chúng, và vì vậy được ưu tiên.

Tuy nhiên, nếu mạch được kết nối với các thiết bị bên ngoài có kết nối nguồn riêng, điều này sẽ bị mờ. Nếu các thiết bị bên ngoài này cung cấp kết nối đến cùng một tham chiếu mặt đất như nguồn cung cấp cho mạch và bạn chuyển đổi vào và ra thì các thiết bị bên ngoài sẽ cung cấp một tuyến đường thay thế để tiếp đất, việc chuyển đổi của bạn sẽ không hiệu quả và bạn có thể sẽ làm hỏng thứ gì đó không được đánh giá cho dòng điện thích hợp trên đường đi.

Tương tự, nếu các thiết bị bên ngoài cung cấp nguồn V + được tham chiếu đến cùng mặt đất với nguồn cung cấp mà bạn đang chuyển đổi, bạn có thể cung cấp lại nguồn điện cho đường ray điện áp dương thông qua các thiết bị được cung cấp bên ngoài, một lần nữa với kết quả không mong muốn.


Chỉ chấp nhận câu trả lời của Ignacio vì anh ta là người đầu tiên
Alexander M

3
@Alex: Nếu tôi biết bạn sẽ chấp nhận bất kỳ câu trả lời nào chỉ sau 18 phút sau khi đặt câu hỏi, tôi sẽ không buồn viết một câu, chứ đừng nói đến việc đi sâu vào một số nền tảng. Tôi sẽ ghi nhớ điều này cho câu hỏi trong tương lai bạn hỏi.
Olin Lathrop

Xin lỗi, Olin. Tôi nên nói rằng câu trả lời của bạn rất giống với Ignacio. Đó cũng là lý do
Alexander M

2
@AlexanderM: nó không giống với tôi. Olin bao gồm rất nhiều chi tiết quan trọng trong thực tế, hoàn toàn bị bỏ qua trong câu trả lời bạn chấp nhận.
Fizz

1

Có nhiều lý do để chọn một loại chuyển đổi so với loại khác.

Nếu mạch / tải của bạn có thể chịu được dòng điện mặt đất được tạo ra khi chuyển đổi tải .. thì việc chuyển đổi bên thấp thường dễ dàng hơn và rẻ hơn.

Nếu mạch của bạn không thể chịu đựng được điều này (quá nhiều nhiễu trong mặt phẳng mặt đất của bộ xử lý / logic nhạy hơn / nhạy hơn) .. tốt hơn là chuyển đổi tải bằng các phương pháp phía cao, điều này cho phép dòng trở lại của tải được quản lý riêng (thường tải cao hơn yêu cầu đường ray điện cao hơn .. vẫn chia sẻ tiềm năng "mặt đất" chung với các đường dẫn trở lại riêng biệt).

Lý do phổ biến khác cho chuyển đổi phía cao (được đề cập bởi Olin) .. đường dẫn trở lại sẵn có nhất cho tải là đường ray công suất âm. Ví dụ: khung gầm ô tô được sử dụng làm "mặt đất" (đường trở về DC) cho rơle / vv .. (ví dụ này có nhiều lợi thế và rủi ro bổ sung).

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.