¿Qué es un Regulador Shunt?
Un regulador shunt es un circuito integrado (CI) que regula la tensión de entrada de un circuito y mantiene constante la tensión de salida.
Generalmente, los circuitos integrados experimentan variaciones en su voltaje debido a diversos factores, como cambios de temperatura y diferencias en los componentes. Los reguladores shunt, en cambio, tienen la capacidad de controlar la tensión con mayor precisión y por lo tanto, suelen utilizarse como fuentes de referencia de tensión. Por esta razón, también se les conoce como circuitos integrados de referencia de voltaje.
Usos de los Reguladores Shunt
Los reguladores shunt son ampliamente utilizados en aplicaciones que requieren fuentes de alimentación de referencia estables y de alta precisión. Dichos reguladores son adecuados para las fuentes de tensión de referencia utilizadas en convertidores DSP, analógico-digital (AD) y digital-analógico (DA), así como para el control de alta precisión de equipos electrónicos.
A pesar de que los reguladores shunt ofrecen un control de tensión altamente preciso, su eficiencia es muy baja, especialmente cuando se usan en corrientes elevadas, debido a su función de mantener una tensión constante en paralelo con la carga. Por ello, se utilizan como fuente de tensión de referencia en condiciones que requieren corrientes bajas, donde su bajo rendimiento no es relevante, y donde puede alimentar en su etapa posterior a otro regulador en serie con corrientes más altas.
Además en circuitos como los comparadores, una tensión de referencia estable es crucial para establecer un punto de comparación preciso entre dos tensiones. Si la tensión de referencia varía, el funcionamiento deseado del circuito puede verse afectado, lo que puede resultar en mediciones erróneas o un funcionamiento inadecuado. Por esta razón es importante que el valor de la tensión de referencia sea lo más estable posible.
Principio de los Reguladores Shunt
Los reguladores shunt están compuestos de una fuente de tensión de referencia interna, un amplificador de error y un transistor, que se conecta en paralelo a la carga del circuito. Juntos, estos componentes compensan las fluctuaciones de la tensión de entrada y mantienen una corriente de carga constante, lo que se traduce en un valor de tensión muy preciso y estable.
Si la tensión de entrada varía, la tensión de salida también tiende a avaríar. Sin embargo, el amplificador de error detecta esta variación y aumenta o disminuye la corriente que circula por el transistor, reduciendo así la corriente que circula por la carga para mantener constante la tensión de salida.
Un ejemplo del regulador shunt más sencillo es el regulador de diodo zener. Un diodo zener se diferencia de un diodo convencional en que aplica una tensión en sentido inverso y, cuando alcanza un umbral específico, permite el flujo de una gran corriente. El umbral de tensión en este punto se conoce como tensión zener, la cual es siempre constante independientemente del tamaño de la corriente que fluya a través del diodo. La tensión zener puede ser diseñada con precisión añadiendo impurezas a la unión PN.
Los reguladores shunt que se basan en la propiedad de los diodos pueden ser una opción más sencilla y económica para obtener una tensión constante en un circuito. Sin embargo, en situaciones donde las fluctuaciones de temperatura son significativas y se requieren uan estabilidad térmica, es necesario utilizar reguladores shunt más complejos, que incorporen amplificadores de error y transistores.
Más información sobre los Reguladores Shunt
1. Diferencia entre Reguladores Shunt y Reguladores en Serie
Los reguladores lineales son convertidores DCDC que producen una tensión de salida inferior a la tensión de entrada, y pueden clasificarse en dos tipos: reguladores serie y reguladores shunt.
Los reguladores shunt son convertidores DC-DC que se caracterizan por utilizar resistencias y elementos de control en paralelo con la carga para evitar la caída de tensión, lo que se conoce como control en paralelo. Por el contrario, los reguladores en serie tienen elementos de control en serie con la carga.
A diferencia de los reguladores en serie, los reguladores shunt se caracterizan por un flujo continuo de una corriente determinada. Suelen tener una potencia reactiva elevada y no son adecuados para aplicaciones de alta corriente.
2. Reguladores de Tres Terminales y LDO
A diferencia de los reguladores shunt, los reguladores serie también se utilizan en aplicaciones de alta corriente y pueden ser clasificados como reguladores de tres terminales y LDO (Low Dropout Regulator), reguladores de baja caída. Los reguladores de tres terminales estan compuestos por un dispositivo con tres terminales: entrada, salida y GND. Si bien los reguladores de conmutación son generalmente utilizados en circuitos de alimentación de CC debido a su alta eficiencia, los reguladores de tres terminales son empleados en algunas aplicaciones debido a su bajo nivel de ruido, la necesidad de menos componentes externos y su bajo costo.
Los LDO o reguladores lineales de baja caída, son un tipo de regulador de voltaje en serie que pueden operar con una diferencia de voltaje muy pequeña entre la entrada y la salida, lo que les permite ser utilizados en aplicaciones donde se requiere menores pérdidas de potencia en comparación con los reguladores en serie de uso general. Sin embargo, debido a su funcionamiento, se deben tomar precauciones en su uso, tales como los límites de tensión de entrada y las condiciones de cargas.