Was ist ein High-Side-Schalter?
Ein High-Side-Schalter ist ein Halbleiterbauelement, das die Stromversorgung für Lasten wie Motoren, Magnetspulen, Induktoren und LEDs ein- und ausschaltet.
In vielen Fällen werden P-Kanal-MOSFETs als Halbleiter verwendet. Sie werden als High-Side-Schalter bezeichnet, weil der Schalter in der Schaltung auf der Stromversorgungsseite der Last platziert ist.
Wenn der High-Side-Schalter eingeschaltet ist, wird die Last mit Strom versorgt, und wenn der High-Side-Schalter ausgeschaltet ist, wird die Last nicht mit Strom versorgt. Befindet sich der Schalter in der Schaltung auf der Ausgangsseite der Last (gegenüber der Stromversorgung), wird er als Low-Side-Schalter bezeichnet.
Anwendungen von High-Side-Schaltern
High-Side-Schalter werden verwendet, um eine Vielzahl von Lasten mit Strom zu versorgen oder von der Stromversorgung zu trennen. Insbesondere werden sie häufig in Wechselrichtern, Ein- und Ausschaltschaltungen, LED-Treibern und zum Antrieb von Induktionslasten wie Motoren und Magneten verwendet.
Häufig werden große Ströme an die Last weitergeleitet, und bei der Konstruktion müssen Maßnahmen gegen Einschaltströme und Schaltungen zur Vermeidung von Rückströmen berücksichtigt werden. Die Ein- und Ausschaltgeschwindigkeit kann erhöht werden, da die Stromversorgung der Last mit Halbleiterelementen ein- und ausgeschaltet wird, anstatt mit mechanischen Schaltern wie Relais.
Verwenden Sie einen Low-Side-Schalter, wenn Sie den Ausgang der Last EIN/AUS schalten wollen, während die Stromversorgung der Last eingeschaltet bleibt.
Funktionsweise des High-Side-Schalters
Es gibt zwei Arten von FETs, den P-Kanal-Typ und den N-Kanal-Typ, aber wenn FETs als Low-Side-Schalter verwendet werden, werden häufig FETs des N-Kanal-Typs verwendet. Bei der Verwendung als High-Side-Schalter werden in der Regel P-Kanal-FETs eingesetzt.
Bei P-Kanal-FETs sinkt bei Anlegen einer negativen Gate-Source-Spannung der Widerstand zwischen Drain und Source, und der Strom fließt von der Source zum Drain. Die Stromversorgung und die Last müssen entsprechend der Richtung des Stromflusses an den FET angeschlossen werden, wobei die Stromversorgung an die Source des P-Kanal-FET und die Last an den Drain angeschlossen wird.
Ein P-Kanal-FET kann als High-Side-Schalter fungieren, da der Strom von der Source zum Drain fließt, wenn die Gate-Spannung niedriger ist als die an die Source angeschlossene Versorgungsspannung.
Weitere Informationen zu High-Side-Schaltern
1. Prinzip der FETs
Während die Anschlüsse eines Transistors als Basis, Emitter und Kollektor bezeichnet werden, heißen die Anschlüsse eines FETs Gate, Source und Drain. Basis und Gate, Emitter und Source, Kollektor und Drain sind ähnliche Anschlüsse.
Ein Transistor hat eine Charakteristik, bei der der Strom in der Basis mit einem bestimmten Vielfachen multipliziert zum Kollektor fließt, während ein FET eine Charakteristik hat, bei der der Widerstand zwischen Drain und Source entsprechend der Spannung zwischen Gate und Source variiert. Je höher die Spannung zwischen Gate und Source ist, desto kleiner ist der Widerstand zwischen Drain und Source.
Bei der Steuerung eines Transistors wird der Taktstrom und der Kollektorstrom gesteuert, während bei der Steuerung eines FET die Spannung zwischen Gate und Source gesteuert wird und der Widerstand zwischen Drain und Source effektiv gesteuert wird.
2. Zu beachtende Punkte bei der Auswahl eines High-Side-Schalters
Bei der Verwendung eines N-Kanal-FET als High-Side-Schalter muss die Stromversorgung an den Drain und die Last an die Source angeschlossen werden und die Gate-Spannung muss höher sein als die Versorgungsspannung der Last. Wenn die Gate-Spannung höher sein soll als die Versorgungsspannung der Last, sollte eine Gate-Spannungserhöhungsschaltung oder ein ähnliches Gerät vorgesehen werden.
Bei P-Kanal-FETs ist eine Gatespannungserhöhungsschaltung nicht erforderlich, aber der Widerstand zwischen Drain und Source ist höher als bei N-Kanal-FETs, so dass bei der Auswahl der FETs Vorsicht geboten ist.