Что такое шунтирующий регулятор?

Что такое шунтирующий регулятор?

Шунтирующий регулятор — это интегральная схема (ИС), которая контролирует входное напряжение схемы и применяет обратную связь для поддержания постоянного выходного напряжения.

Обычно напряжение в интегральной схеме отклоняется или меняется из-за различных факторов, таких как изменение температуры и различия отдельных компонентов. С другой стороны, шунтирующие регуляторы также называются интегральными схемами опорного напряжения, поскольку они могут контролировать напряжение с высокой точностью и часто используются в качестве источника опорного напряжения.

По сравнению со стабилизирующими напряжение схемами, такими как линейные регуляторы и импульсные регуляторы, шунтовые регуляторы характеризуются способностью контролировать напряжение с высокой точностью.

Применение шунтовых регуляторов

Шунтовые регуляторы широко используются в приложениях, где требуются высокоточные опорные источники питания, такие как источники опорного напряжения для преобразователей АЦП/ЦАП и опорных сигналов ЦСП, а также высокоточное управление электронными устройствами.

Хотя шунтовые регуляторы способны к высокоточному управлению напряжением, их эффективность очень низка, особенно при работе в условиях больших токов, из-за их функции постоянного напряжения параллельно нагрузке. Поэтому они используются в качестве источника опорного напряжения в условиях малой нагрузки, где их низкая эффективность незначительна. Они также используются для управления другим сильноточным регулятором последовательно с ними на последующем этапе.

Например, в логической схеме, которая сравнивает два напряжения, такой как компаратор, опорное напряжение используется в качестве цели сравнения. Если опорное напряжение дрейфует, сама предполагаемая работа схемы может выйти из строя, поэтому значение опорного напряжения должно быть максимально стабильным.

Принцип работы шунтовых регуляторов

Рисунок 1. Принцип работы шунтового регулятора

Принцип работы шунтового регулятора заключается в том, что его компоненты — усилитель ошибки и транзистор, подключенные параллельно нагрузке, — компенсируют колебания входного напряжения и поддерживают постоянный ток нагрузки, что обеспечивает высокую точность значения напряжения.

Обычный шунтовой регулятор состоит из внутреннего вывода опорного напряжения, усилителя ошибки и транзистора, которые подключены параллельно нагрузке в цепи. Когда входное напряжение растет, выходное напряжение пытается расти вместе с ним. Однако усилитель ошибки чувствует это и увеличивает ток, протекающий к транзисторам, тем самым уменьшая ток, протекающий через нагрузку, и подавляя рост выходного напряжения.

Простейшим примером шунтового регулятора является стабилизатор на стабилитроне. В отличие от обычного диода, стабилитрон имеет свойство подавать напряжение в обратном направлении, и когда оно превышает определенный порог, начинает течь большой ток. Пороговое напряжение называется напряжением Стабилитрона. Напряжение Стабилитрона можно точно рассчитать, добавив примеси в PN-переход.

Шунтовые регуляторы, которые хорошо используют эту диодную характеристику, могут получить постоянное напряжение с помощью только диода, что приводит к упрощению схем и снижению стоимости. Однако из-за больших температурных колебаний следует использовать шунтовые регуляторы, состоящие из усилителей ошибки и транзисторов, когда важны температурные характеристики.

Другая информация о шунтовых регуляторах

1. Разница между последовательным регулятором и шунтовым регулятором

Линейные регуляторы — это DCDC-преобразователи, которые вырабатывают выходное напряжение ниже входного, и их можно разделить на два типа: последовательные регуляторы и шунтирующие регуляторы.

Шунтовы регуляторы — это DCDC-преобразователи, которые используют резисторы для генерации падения напряжения и элементы управления, которые управляют нагрузкой параллельно и также называются параллельными типами управления. С другой стороны, последовательный регулятор имеет элементы управления последовательно с нагрузкой и также называется последовательным типом управления.

В отличие от последовательных регуляторов, шунтовые регуляторы характеризуются непрерывным потоком установленного тока. Они, как правило, имеют высокую реактивную мощность и не подходят для сильноточных приложений.

2. Трехконтактный регулятор и LDO

В отличие от шунтовых регуляторов, последовательные регуляторы, которые также используются для сильноточных приложений, можно разделить на две категории: трехконтактные регуляторы и LDO (регуляторы с малым падением напряжения). Трехконтактные регуляторы состоят из устройства с тремя клеммами: вход, выход и GND. Обычно импульсные регуляторы используются в цепях питания постоянного тока из-за их высокой эффективности, но трехконтактные регуляторы используются в некоторых приложениях из-за их низкого уровня шума, небольшого количества внешних компонентов и низкой стоимости.

LDO — это последовательные регуляторы, которые могут работать с небольшой разностью потенциалов вход-выход и имеют преимущество в виде меньших потерь мощности, чем универсальные последовательные регуляторы. Однако из-за особенностей его работы при его использовании необходимо соблюдать некоторые меры предосторожности, такие как ограничения входного напряжения и условия нагрузки, поэтому важно проверять технические характеристики.