Il regolatore shunt è un componente fondamentale in un progetto che preveda l’utilizzo di motori elettrici. Troppo spesso sottovalutato, la sua assenza è la principale causa di danni e avarie a carico dei controller motore e altri componenti elettronici. Per meglio comprendere cosa sia uno shunt, è utile spiegare proprio il concetto e relativa funzione all’interno di un circuito: Un deviatore di corrente (shunt) è un tipo di resistenza elettrica che devia attraverso di sé una parte più o meno consistente della corrente presente in un circuito in cui è posto in parallelo. La grandezza della corrente deviata dipende dal valore resistivo (espresso in ohm) dello shunt rispetto al circuito in parallelo.
La maggior parte dei controller motore presenta situazioni critiche nel momento in cui il motore sta rallentando. In questa particolare situazione, l’energia prodotta dal motore viene restituita all’alimentatore. Nella maggior parte dei casi, l’alimentatore è comunemente una batteria e, la corrente inversa, può essere una gradita funzione di “frenata rigenerativa” che estende la durata totale dell’autonomia delle celle. Per le applicazioni che non coinvolgono le batterie, tuttavia, quella corrente inversa può essere un problema nel caso in cui l’alimentatore non riesca a gestire bene il flusso di ritorno. In alcuni casi, come detto in apertura di articolo, questa tensione può raggiungere un valore talmente elevato da poter danneggiare uno o più componenti sulla linea di alimentazione. Dobbiamo comunque tener presente che, gli alimentatori moderni, hanno funzioni di “protezione da sovratensione” che rilevano l’aumento della tensione di uscita e attivano la modalità di protezione (Safe Mode). Questo tipo di protezione permette chiaramente di salvare i componenti interni, tuttavia, non consente di avere un funzionamento ottimale del progetto.
La soluzione più semplice al problema è spesso un soppressore di tensione transitoria, o TVS, che è un grande diodo zener ottimizzato per gestire grandi picchi di corrente. Sfortunatamente, i diodi TVS in genere non hanno una tolleranza sufficientemente stretta per l’uso con alimentatori con protezione da sovratensione. Ad esempio, un alimentatore da 12 V potrebbe avere una tolleranza del 5%, il che significa che la tensione di uscita potrebbe arrivare fino a 12,6 V, quindi il dispositivo di protezione non deve intervenire al di sotto dei 12,6 V. Se la protezione da sovratensione viene attivata con una deviazione del 15%, eventuali picchi di tensione devono essere mantenuti al di sotto di 13,8V. La maggior parte dei TVS di base non ha tolleranze sufficientemente strette per garantire il funzionamento in quella finestra.
I regolatori shunt di Pololu sono progettati per queste tipologie di impiego, con valori fissi disponibili e una precisione del ±3% per alcune tensioni comuni. Per utilizzare il regolatore shunt, occorre installarlo in parallelo all’alimentatore. In condizioni normali, la tensione di alimentazione dovrebbe essere inferiore al setpoint del regolatore shunt e il regolatore dovrebbe assorbire la sua corrente di riposo con valore inferiore a 0,5 mA. Tuttavia, qualsiasi picco di tensione al di sopra del punto di regolazione farà sì che il regolatore shunt assorba sostanzialmente più corrente, dissipando energia e limitando l’entità della variazione di tensione.
Di seguito è mostrato un diagramma schematico semplificato del regolatore shunt. Fondamentalmente, un circuito monitora la tensione e controlla un MOSFET che consente alla corrente di fluire attraverso una resistenza di shunt che imposta la corrente massima che il dispositivo possa assorbire.
Sebbene la presenza di questo componente sia oggettivamente indispensabile all’interno di progetti che prevedano il pilotaggio dei motori, occorre avere ben chiaro che il regolatore shunt non è e non deve essere il pretesto per un’errata progettazione del rail di alimentazione e del relativo dimensionamento. Questo, infatti, è un concetto che molti studenti faticano a comprendere: la circuiteria di sicurezza, infatti, è composta da schede sono progettate per la neutralizzazione di impulsi occasionali e di breve durata (fino a decine di ms). L’applicazione continua di una tensione al di sopra del set point distruggerà il regolatore quasi istantaneamente.
Tutti i regolatori shunt Pololu variano solo nel setpoint di tensione e nel valore di resistenza di shunt. Le varianti disponibili includono diverse resistenze di shunt per il carico e diverse potenze nominali per la resistenza di shunt (le versioni a potenza maggiore hanno venti resistori in più, saldati sul retro della scheda).
Il regolatore shunt da 32,8 V , 3 W, è dotato di una resistenza di shunt particolarmente elevata con una potenza nominale minima; questa unità è destinata all’uso con un resistore shunt esterno.
Il regolatore shunt Polulu è disponibile qui in diverse tipologie e tarature, al costo variabile dalle 4 alle 5 sterline circa.
Fabrizio Bianchini
###Da sempre appassionato di tecnologia, soffro di insaziabile curiosità scientifica. Adoro sperimentare e approfondire le mie conoscenze sulle ultime novità sul mercato in termini di hardware, alta tecnologia e videogiochi. Attratto e coinvolto nella prototipazione hardware dalla piattaforma Arduino, Raspberry Pi e Nvidia Jetson.### ###Always passionate about technology, I am suffering from insatiable scientific curiosity. I love experimenting and deepening of my knowledge on the latest news on the market in terms of hardware, hi-tech and video games. Got attracted and involved in hardware prototyping by the Arduino platform, Raspberry Pi and Nvidia Jetson.###