Was ist ein Shunt-Regler?
Ein Shunt-Regler (Nebenschlussregler) ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der die Eingangsspannung eines Schaltkreises überwacht und eine Rückkopplung anwendet, um die Ausgangsspannung konstant zu halten.
Im Allgemeinen weicht die Spannung in einem integrierten Schaltkreis aufgrund verschiedener Faktoren wie Temperaturschwankungen und individuellen Bauteilunterschieden ab oder variiert. Shunt-Regler hingegen werden auch als integrierte Referenzspannungsschaltungen bezeichnet, da sie die Spannung mit hoher Präzision steuern können und häufig als Referenzspannungsquelle verwendet werden.
Im Vergleich zu spannungsstabilisierenden Schaltungen wie Linearreglern und Schaltreglern zeichnen sich Shunt-Regler durch ihre Fähigkeit aus, die Spannung mit hoher Genauigkeit zu regeln.
Anwendungen von Shunt-Reglern
Shunt-Regler werden häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen hochpräzise Referenzstromversorgungen erforderlich sind, z. B. als Referenzspannungsquellen für AD/DA-Wandler und DSP-Referenzen sowie zur hochpräzisen Steuerung elektronischer Geräte.
Obwohl Shunt-Regler eine hochpräzise Spannungsregelung bieten, ist ihr Wirkungsgrad aufgrund ihrer Konstantspannungsfunktion parallel zur Last sehr gering, insbesondere bei hohen Strömen. Sie werden daher als Referenzspannungsquelle bei niedrigen Lastströmen verwendet, wo ihr geringer Wirkungsgrad vernachlässigbar ist, und auch zur Ansteuerung eines anderen Reglers mit höherem Strom in Reihe mit seiner nachfolgenden Stufe.
In Logikschaltungen, die zwei Spannungen vergleichen, wie z. B. Komparatoren, wird die Referenzspannung als Vergleichsziel verwendet. Der Wert der Referenzspannung muss so stabil wie möglich sein, da jedes Abdriften der Referenzspannung zum Zusammenbruch der beabsichtigten Schaltungsfunktion führen kann.
Funktionsweise des Shunt-Reglers
Das Funktionsprinzip eines Shunt-Reglers besteht darin, dass seine Komponenten, ein Fehlerverstärker und ein parallel zur Last geschalteter Transistor, Schwankungen der Eingangsspannung kompensieren und einen konstanten Laststrom aufrechterhalten, wodurch ein hochgenauer Spannungswert erzielt wird.
Shunt-Regler bestehen in der Regel aus einem internen Referenzspannungs-Pin, einem Fehlerverstärker und einem Transistor, die in der Schaltung parallel zur Last geschaltet sind. Wenn die Eingangsspannung ansteigt, versucht die Ausgangsspannung, mit ihr zu steigen. Der Fehlerverstärker erkennt dies jedoch und erhöht den durch den Transistor fließenden Strom, wodurch der durch die Last fließende Strom verringert und der Anstieg der Ausgangsspannung unterdrückt wird.
Ein Beispiel für den einfachsten Shunt-Regler ist der Zenerdioden-Regler. Eine Zenerdiode unterscheidet sich von einer normalen Diode dadurch, dass sie eine Spannung in umgekehrter Richtung anlegt, und wenn diese einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, beginnt ein großer Strom zu fließen. Die Spannungsschwelle an diesem Punkt wird als Zener-Spannung bezeichnet. Sie ist ein konstanter Wert, unabhängig von der Größe des fließenden Stroms, und die Zener-Spannung kann durch Hinzufügen von Verunreinigungen zum PN-Übergang genau festgelegt werden.
Shunt-Regler, die sich die Eigenschaften dieser Dioden zunutze machen, können Schaltungen vereinfachen und die Kosten senken, da eine konstante Spannung mit nur einer Diode erreicht werden kann. Wegen der großen Temperaturschwankungen sollte jedoch ein Shunt-Regler, der aus einem Fehlerverstärker und Transistoren besteht, verwendet werden, wenn die Temperatureigenschaften wichtig sind.
Weitere Informationen zu Shunt-Reglern
1. Der Unterschied zwischen einem Serienregler und einem Shunt-Regler
Linearregler sind DCDC-Wandler, die eine Ausgangsspannung erzeugen, die niedriger als die Eingangsspannung ist. Sie lassen sich in zwei Typen einteilen: Serienregler und Shunt-Regler.
Shunt-Regler sind DCDC-Wandler, die Widerstände zur Erzeugung von Spannungsabfällen und Steuerelemente parallel zur Last verwenden und auch als Parallelregelungstypen bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu haben Serienregler Steuerelemente in Reihe mit der Last und werden auch als seriengesteuert bezeichnet.
Shunt-Regler unterscheiden sich von Serienreglern dadurch, dass sie einen bestimmten Strom fließen lassen. Sie haben in der Regel eine hohe Blindleistung und sind nicht für Hochstromanwendungen geeignet.
2. Dreipolige Regler und LDOs
Im Gegensatz zu den Shunt-Reglern lassen sich die Serienregler, die ebenfalls für Hochstromanwendungen eingesetzt werden, in Dreipunktregler und LDOs (Low Dropout Regulator) einteilen. Dreipolige Regler bestehen aus einem Gerät mit drei Anschlüssen: Eingang, Ausgang und GND. In der Regel werden in Gleichstromversorgungsschaltungen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads Schaltregler verwendet, aber in einigen Anwendungen werden Dreipolregler aufgrund ihres geringen Rauschens, der geringeren Anzahl externer Komponenten und der niedrigen Kosten eingesetzt.
Bei LDOs handelt es sich um Serienregler, die mit einer kleinen Eingang-Ausgangspotenzialdifferenz arbeiten können und den Vorteil haben, dass sie weniger Leistungsverluste aufweisen als Allzweck-Serienregler. Aufgrund ihrer Funktionsweise sind bei ihrer Verwendung jedoch auch Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, wie z. B. Grenzwerte für die Eingangsspannung und Lastbedingungen, weshalb es wichtig ist, die Spezifikationen zu überprüfen.