De principes van schakelen van een belasting naar de hoge of de lage kant van de voeding zijn eenvoudig uit te leggen, maar wanneer kies je de ene of de andere methode?
Bij schakelen naar de voedingspanning (high-side) zit het schakelend element tussen de positieve kant van de voeding en de belasting, bij schakelen naar nul (low-side) verbindt het de belasting met de nul, of ground. De principes zijn eenvoudig, maar wanneer heeft welke methode de voorkeur? Dat hangt grotendeels van de toepassing af.
Een belasting schakelen met een MOSFET.
Gevaarlijke toestanden vermijden
High-side schakelen heeft de voorkeur in situaties waar een kortsluiting naar ground (nul) waarschijnlijker zijn dan een kortsluiting naar de positieve voeding. Denk bijvoorbeeld aan auto’s of machines waar het chassis verbonden is met de aarde. In die gevallen is het veiliger de belasting van de batterij te ontkoppelen dan van de nul. Ook in een vochtige omgeving is dat meestal beter omdat minder corrosie van connectoren optreedt als er geen spanning op de belasting staat in uitgeschakelde toestand.
De Voeding schakelen werkt beter bij N-type schakelaars
Omdat N-type transistoren over het algemeen meer stroom aankunnen dan P-types, hebben deze de voorkeur bij het schakelen van zware belastingen. Low-side schakelen is bij N-type schakelelementen eenvoudiger dan high-side schakelen: de transistor kan dan vaak direct door een microcontroller aangestuurd worden zonder dat drivers noodzakelijk zijn. High-side schakelen met een N-type transistor is mogelijk maar dan moet de stuurspanning hoger zijn dan de spanning op de belasting die aan de source of emitter verbonden is. Vaak is dan een opslingercircuit (charge pump) nodig om de gate/basis spanning boven de source/emitter spanning te tillen. Dat maakt de schakeling complexer, waardoor deze niet alleen duurder, maar ook gevoeliger voor ruis en storing wordt. Het opslingercircuit kan bij het aansturen van een high-side schakelaar met pulsbreedte modulatie (PWM) nog voor extra problemen zorgen.
Een zekering kan het verschil maken
Low-side schakelen is dus meestal de goedkopere optie. Maar als de belasting zich niet direct bij de controller bevindt zijn twee zekeringen noodzakelijk om beiden te beveiligen waar er bij high-side schakelen maar één noodzakelijk is. Een zekering uitsparen lijkt triviaal, maar als je de bedrading en het bereikbaar maken van de zekering in een behuizing meetelt kan een extra zekering de voordelen van het low-side schakelen weleens tenietdoen.
Een goede aarde
Bij low-side schakelen is er slechts één ground-verbinding tussen belasting en besturing, waardoor (nul)potentiaalverschillen bij grote stromen tussen belasting en besturing vermeden worden. Low-side schakelen is daarom minder gevoelig voor zogenaamde aardruis dan high-side schakelen.
Conclusie
Bij een (zware) belasting die alleen aan- of uitgeschakeld hoeft te worden heeft schakelen van de voeding (high-side) de voorkeur. Als de belasting geregeld moet kunnen worden met (naar verhouding) hoogfrequente PWM, zoals bij verlichtings- of verwarmingssystemen, verdient schakelen in de nul (low-side) de voorkeur. Dan zijn er ook nog halve H-bruggen die zowel in hoog- als laag schakelen… met PWM... Dus zoals altijd moet ook overwogen worden welke techniek de beste is voor de specifieke toepassing voordat een definitieve keuze gemaakt kan worden.
