Wie man zwischen High-Side- und Low-Side-Schaltung wählt

In Systemen mit High-Side-Schaltung wird der Schalter zwischen die positive Stromleitung und die Last geschaltet. Bei der Low-Side-Schaltung hingegen wird die Last mit der Masse verbunden. Die Funktionsprinzipien der High-Side- und der Low-Side-Schaltung sind leicht zu verstehen, aber wann sollte man die eine Methode der anderen vorziehen? Das hängt ganz vom Anwendungsfall ab.

 

Vermeiden Sie Gefahren

High-Side-Schalten ist die bevorzugte Schalttechnik in Situationen, in denen Kurzschlüsse gegen Masse wahrscheinlicher sind als Kurzschlüsse gegen die positive Stromleitung. Denken Sie zum Beispiel an Autos oder Maschinen, bei denen der größte Teil der Struktur oder des Gehäuses mit der Erde verbunden ist. In solchen Fällen ist es sicherer, die Last von der Batterie wegzuschalten als von der Erde. Die führt außerdem in feuchten Umgebungen in der Regel zu weniger Korrosion bei den Steckern, da die Last im ausgeschalteten Zustand keine Spannung führt.

Leistungsschaltung ist mit N-Kanal-Bauteilen besser

Da n-Kanal-Transistoren im Allgemeinen mehr Strom übertragen können als p-Kanal-Transistoren, sind sie zum Schalten schwerer Lasten vorzuziehen. Low-Side-Schalten mit n-Kanal-Bauelementen ist einfacher als High-Side-Schalten und kann oft über Mikrocontroller-Ports erfolgen, ohne dass spezielle Treiber erforderlich sind. Die Verwendung eines n-Kanal-Transistors für das High-Side-Schalten ist möglich, erfordert aber eine Steuerspannung, die höher ist als die an die Source-/Emitter angeschlossene Lastspannung. Es erfordert irgendeine Art von Ladungspumpe, um die Gate-/Basis-Spannung höher als die Source-/Emitter-Spannung zu ziehen. Dies verkompliziert das Design und macht es nicht nur teurer, sondern erhöht auch die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen und Interferenzen. Die Steuerung eines solchen high-side schalters mit PWM kann wegen der Ladungspumpe problematisch sein.

Eine Sicherung kann den Unterschied ausmachen

Daher ist die Low-Side-Schaltung tendenziell günstiger als die High-Side-Schaltung. Wenn jedoch die Last und der Controller nicht direkt nebeneinander liegen, sind zwei Sicherungen erforderlich, um beide zu schützen, während für die High-Side-Schaltung nur eine benötigt wird. Eine Sicherung einzusparen mag sinnlos erscheinen. Aber wenn man den Verdrahtungs- und Arbeitsaufwand berücksichtigt, der erforderlich ist, um die Sicherungen in einem Sicherungskasten zugänglich zu machen, kann das Hinzufügen einer Sicherung den Kostenvorteil der Low-Side-Schaltung durchaus zunichte machen.

Gute Masse ist gut

Bei der Low-Side-Schaltung gibt es nur eine Masseverbindung für Last und Steuerung, so dass bei hohen Strömen keine Differenzen im Massepotential (Masseversatz) zwischen den beiden auftreten können. Die Low-Side-Schaltung ist daher robuster gegenüber Erdungsstörungen als die High-Side-Schaltung.

Fazit

In Fällen, in denen eine (schwere) Last nur ein- oder ausgeschaltet werden muss, ist die High-Side-Schaltung die bevorzugte Methode. Wenn die Stromzufuhr zu einer Last durch (relativ) schnelle PWM gesteuert werden muss, z. B. in einem Beleuchtungs- oder Heizungssystem, ist die Low-Side-Schaltung zu empfehlen. Und dann gibt es noch halbe H-Brücken, die sowohl einen High-Side- als auch einen Low-Side-Schalter benötigen... und PWM... Bevor Sie sich also für eine Technik entscheiden, sollten Sie sich vergewissern, dass sie für Ihren genaue Anwendungsfall geeignet ist.