TVS二極管和穩(wěn)壓二極管的區(qū)別

TVS管超過(guò)它的耐壓值后，會(huì)瞬間導(dǎo)通短路，反應(yīng)速度在ns級(jí)，

而穩(wěn)壓管是穩(wěn)壓作用的，超過(guò)它的穩(wěn)壓值，只要功率不超過(guò)它的耐受值，就會(huì)穩(wěn)定在它的穩(wěn)壓值范圍內(nèi)。

TVS是瞬態(tài)抑制二極管，主要是用來(lái)抑制瞬時(shí)電壓尖峰，減少尖峰電壓對(duì)元器件的損耗。

穩(wěn)壓二極管主要是穩(wěn)壓的作用。

雙向擊穿二極管也稱(chēng)瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS），是一種具有雙向穩(wěn)壓特性和雙向負(fù)阻特性的過(guò)壓保護(hù)器件，類(lèi)似于壓敏電阻器。

它應(yīng)用于各種交流及直流電源電路中，用來(lái)抑制瞬間過(guò)電壓。

當(dāng)被保護(hù)電路瞬間出現(xiàn)浪涌脈沖電壓時(shí)，雙向擊穿二極管能迅速齊納擊穿，由高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，對(duì)浪涌電壓進(jìn)行分流和箝位，從而保護(hù)電路中各元件不被瞬間浪涌脈沖電壓損壞。

穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓原理：

穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。

這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變。

故障特點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的故障主要表現(xiàn)在開(kāi)路、短路和穩(wěn)壓值不穩(wěn)定。

在這3種故障中，前一種故障表現(xiàn)出電源電壓升高；

后2種故障表現(xiàn)為電源電壓變低到零伏或輸出不穩(wěn)定。

常用穩(wěn)壓二極管的型號(hào)及穩(wěn)壓值如下表：

型 號(hào) 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751

穩(wěn)壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V

簡(jiǎn)言之，瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）不會(huì)被擊穿，它能夠在電壓極高時(shí)降低電阻，

從而使電流分流或控制其流向，從而保護(hù)電路元件在瞬間電壓過(guò)高的情況下不被燒毀穩(wěn)壓管能被擊穿，

但擊穿后其兩端的電壓保持不變，從而使電路穩(wěn)定，電壓穩(wěn)定，不至于發(fā)生開(kāi)路短路，從而保護(hù)電路元件。

瞬態(tài)抑制二極管的反應(yīng)速度快，用與消除干擾的脈沖尖峰；

壓敏電阻，其最大特點(diǎn)是當(dāng)加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時(shí)，流過(guò)它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門(mén)，

當(dāng)電壓超過(guò)UN時(shí)，流過(guò)它的電流激增，相當(dāng)于閥門(mén)打開(kāi)。

利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過(guò)電壓，保護(hù)電路免受過(guò)電壓的損害；

穩(wěn)壓二極管反向電壓到一定程度就會(huì)擊穿，是的電壓穩(wěn)定不變，用于穩(wěn)壓。

瞬態(tài)抑制二極管,是雪崩二極管(穩(wěn)壓管)的變種!

其特性就是在額定工作區(qū)電流很小!超壓后電流巨增!

瞬態(tài)抑制二極管與穩(wěn)壓二極管的區(qū)別是前者工作在截止區(qū)!

后者工作在導(dǎo)通區(qū)!

而壓敏電組則是由兩端易熔導(dǎo)體內(nèi)夾層電阻膜構(gòu)成!

常態(tài)下它是定值電阻!電壓高電流過(guò)大時(shí)薄膜會(huì)擊穿燒熔兩端易熔導(dǎo)體!

以短路或斷路來(lái)保護(hù)電路其它元件!

瞬態(tài)二極管（Transient Voltage Suppressor）

簡(jiǎn)稱(chēng)TVS，是一種二極 管形式的高效能保護(hù)器件。

當(dāng)TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10的負(fù)12次方秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗?/p>

吸收高達(dá)數(shù)千瓦的 浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元 器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

特性

TVS 的電路符號(hào)與普通穩(wěn)壓二極管相同。

它的正向特性與普通二極管相同；反向特性為典型的PN 結(jié)雪崩器件。

在瞬態(tài)峰值脈沖電流作用下，流過(guò)TVS 的電流，由原來(lái)的反向漏電流ID上升到IR 時(shí)，

其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM 上升到擊穿電壓VBR，TVS 被擊穿。

隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過(guò)TVS 的電流達(dá)到峰值脈沖電流IPP。

在其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓以下。

爾后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS 兩極的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。

這就是TVS 抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的整個(gè)過(guò)程。

參數(shù)

①最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。

VWM 是TVS 最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個(gè)反向電壓加入TVS 的兩極間時(shí)，

它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流 ID。

②最小擊穿電壓VBR 和擊穿電流IR

VBR 是TVS 最小的雪崩電壓。25℃時(shí)，在這個(gè)電壓之前，TVS 是不導(dǎo)通的。

當(dāng)TVS 流過(guò)規(guī)定的1mA 電流（IR）時(shí)，加入TVS 兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。

按TVS 的VBR 與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把TVS 分為±5%VBR和±10%VBR 兩種。

對(duì)于±5%VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR；對(duì)于±10%VBR 來(lái)說(shuō)，VWM=0.81VBR。

③最大箝拉電壓VC 和最大峰值脈沖電流IPP

當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20微秒的脈沖峰值電流IPP 流過(guò)TVS 時(shí)，在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。

它是串聯(lián)電阻上和因溫度系數(shù)兩者電壓上升的組合。

VC 、IPP反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 與VBR 之比稱(chēng)為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。

④電容量C

電容量C 是TVS 雪崩結(jié)截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測(cè)得的。

C 的大小與TVS 的電流承受能力成正比，C 過(guò)大將使信號(hào)衰減。因此，C 是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS 的重要參數(shù)。

⑤最大峰值脈沖功耗PM

PM 是TVS 能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規(guī)定的試驗(yàn)脈沖波形和各種TVS 的PM 值，請(qǐng)查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)。

在給定的最大箝位電壓下，功耗PM 越大，其浪涌電流的承受能力越大；

在給定的功耗PM 下，箝位電壓VC 越低，其浪涌電流的承受能力越大。

另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。

而且TVS 所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比）為0.01%，

如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的“累積”，有可能使TVS 損壞。

⑥箝位時(shí)間TC

TC 是TVS兩端電壓從零到最小擊穿電壓VBR 的時(shí)間。

對(duì)單極性TVS一般是1×10-12秒；對(duì)雙極性TVS一般 是1×10-11 秒。

過(guò)壓防護(hù)（一）：TVS管工作原理分析，TVS瞬態(tài)抑製二極管的作用

過(guò)壓器件中，TVS二極管的應(yīng)用是極為廣泛的，作為工程師，首先就要了解TVS二極管的工作原理、特性參數(shù)、封裝形式等，

而隨著對(duì)TVS二極管參數(shù)、作用的熟悉之後，工程師才能夠遊刃有餘的為客戶(hù)做TVS二極管的選型參考。

就TVS二極管而言，新手工程師必問(wèn)的幾個(gè)問(wèn)題有：

TVS二極管的工作原理是怎樣的？

TVS管是否有正負(fù)極性？

TVS管的特性參數(shù)、TVS管的選型標(biāo)準(zhǔn)以及TVS瞬態(tài)抑製二極管的作用等。

本期過(guò)壓防護(hù)專(zhuān)題，小碩就為所有關(guān)注TVS瞬態(tài)抑製二極管的工程師和采購(gòu)們來(lái)介紹有關(guān)TVS管的過(guò)壓防護(hù)應(yīng)用。

首先來(lái)了解下什麼是TVS瞬態(tài)抑製二極管，瞬態(tài)抑製二極管（Transient Voltage Suppressor）簡(jiǎn)稱(chēng)TVS管，

TVS管的電氣特性是由P-N結(jié)麵積、摻雜濃度及晶片阻質(zhì)決定的。

其耐突波電流的能力與其P-N結(jié)麵積成正比。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量衝擊時(shí)，

它能以10的負(fù)12次方秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪湧功率，

使兩極間的電壓箝位於一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪湧脈衝的損壞。

TVS管工作原理：

器件並聯(lián)於電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，它處?kù)督刂範(fàn)顟B(tài)（高阻態(tài)），不影響線路正常工作，

當(dāng)電路出現(xiàn)異常過(guò)壓並達(dá)到其擊穿電壓時(shí)，它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，給瞬間電流提供低阻抗導(dǎo)通路徑，

同時(shí)把異常高壓箝製在一個(gè)安全水平之內(nèi)，從而保護(hù)被保護(hù)IC或線路；

當(dāng)異常過(guò)壓消失，其恢複至高阻態(tài)，電路正常工作。

TVS允許的正向浪湧電流在TA＝250C，T＝10ms條件下，可達(dá)50～200A。

雙向TVS可在正反兩個(gè)方向吸收瞬時(shí)大脈衝功率，並把電壓鉗製到預(yù)定水平，

雙向TVS適用於交流電路，單向TVS一般用於直流電路。

可用於防雷擊、防過(guò)電壓、抗幹?jǐn)_、吸收浪湧功率等，是一種理想的保護(hù)器件。耐受能力用瓦特(W)表示。

TVS二極管可以很方便地與其它器件集成在一個(gè)芯片上，現(xiàn)有很多將EMI過(guò)濾和RFI防護(hù)等功能與TVS管集成在一起的器件，

不但減少設(shè)計(jì)所采用的器件數(shù)目降低成本，而且也避免PCB板上布線時(shí)易誘發(fā)的伴生自感。

過(guò)壓防護(hù)（二）：TVS瞬態(tài)抑製二極管選型，TVS二極管選型參數(shù)分析

在上一篇中，小碩介紹了什麼是TVS瞬態(tài)抑製二極管、TVS二極管的工作原理以及TVS管的作用，

即使是新手工程師也能夠很清楚的為有需要的客戶(hù)介紹TVS二極管。

但是想要獨(dú)立完成客戶(hù)的TVS管選型呢，還是要了解清楚瞬態(tài)抑製二極管的選型技巧和選型參數(shù)。

作為最了解新手工程師的碩凱電子，在這方麵早就考慮到了。本期過(guò)壓防護(hù)專(zhuān)題就有新手工程師迫切需要的瞬態(tài)抑製二極管選型指導(dǎo)和TVS二極管選型參數(shù)。

處理瞬時(shí)脈衝對(duì)元件損害的最好辦法是將瞬時(shí)電流從感應(yīng)元件引開(kāi)。

TVS二極管在線路板上與被保護(hù)線路並聯(lián)，當(dāng)瞬時(shí)電壓超過(guò)電路正常工作電壓後，

TVS二極管便產(chǎn)生雪崩，提供給瞬時(shí)電流一個(gè)超低電阻通路，其結(jié)果是瞬時(shí)電流透過(guò)二極管被引開(kāi)，

避開(kāi)被保護(hù)元件，並且在電壓恢複正常值之前使被保護(hù)回路一直保持截止電壓。

當(dāng)瞬時(shí)脈衝結(jié)束以後，TVS二極管自動(dòng)回覆高阻狀態(tài)，整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。

許多元件在承受多次衝擊後，其參數(shù)及性能會(huì)產(chǎn)生退化，

而隻要工作在限定範(fàn)圍內(nèi)，二極管將不會(huì)產(chǎn)生損壞或退化。

從以上過(guò)程可以看出，在TVS二極管選型時(shí)，必須注意以下幾個(gè)參數(shù)的選擇：

1.最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR 。

VBR是TVS最小的擊穿電壓，在25℃時(shí)，低於這個(gè)電壓TVS是不會(huì)產(chǎn)生雪崩的。

當(dāng)TVS流過(guò)規(guī)定的1mA電流(IR )時(shí)，加於TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。

按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把VBR分為5％和10％兩種。

對(duì)於5％的VBR來(lái)說(shuō)，VWM =0.85VBR；對(duì)於10％的VBR來(lái)說(shuō)，V WM =0.81VBR。

為了滿(mǎn)足IEC61000-4-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝擊，

部份半導(dǎo)體廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗衝擊標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)於某些有特殊要求的可攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計(jì)者可以依需要挑選元件。

2.最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。

VWM是二極管在正常狀態(tài)時(shí)可承受的電壓，此電壓應(yīng)大於或等於被保護(hù)電路的正常工作電壓，

否則二極管會(huì)不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與被保護(hù)回路的正常工作電壓接近，

這樣才不會(huì)在TVS工作以前使整個(gè)回路麵對(duì)過(guò)壓威脅。

當(dāng)這個(gè)額定反向切斷電壓VWM加於TVS的兩極間時(shí)它處?kù)斗聪蚯袛酄顟B(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小於或等於其最大反向漏電流ID。

3.最大鉗位電壓VC和最大峰值脈衝電流I PP 。

當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20ms的脈衝峰值電流IPP流過(guò)TVS時(shí)，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。

V C 、IPP反映了TVS的突波抑製能力。

VC與VBR之比稱(chēng)為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止?fàn)顟B(tài)提供的電壓，也就是在ESD衝擊狀態(tài)時(shí)通過(guò)TVS的電壓，

它不能大於被保護(hù)回路的可承受極限電壓，否則元件麵臨被損傷的危險(xiǎn)。

4. Pppm額定脈衝功率，

這是基於最大截止電壓和此時(shí)的峰值脈衝電流。

對(duì)於手持設(shè)備，一般來(lái)說(shuō)500W的TVS就足夠了。

最大峰值脈衝功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈衝功耗值。

在特定的最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其突波電流的承受能力越大。

在特定的功耗PM下，鉗位電壓VC越低，其突波電流的承受能力越大。

另外，峰值脈衝功耗還與脈衝波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。

而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈衝是不重覆的，元件規(guī)定的脈衝重覆頻率(持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比)為0.01％。

如果電路內(nèi)出現(xiàn)重覆性脈衝，應(yīng)考慮脈衝功率的累積，有可能損壞TVS。

5.電容器量C。

電容器量C是由TVS雪崩結(jié)截麵決定的，是在特定的1MHz頻率下測(cè)得的。

C的大小與TVS管的電流承受能力成正比，C太大將使訊號(hào)衰減。

因此，C是數(shù)據(jù)介麵電路選用TVS的重要參數(shù)。電容器對(duì)於數(shù)據(jù)/訊號(hào)頻率越高的回路，

二極管的電容器對(duì)電路的幹?jǐn)_越大，形成噪音或衰減訊號(hào)強(qiáng)度，因此需要根據(jù)回路的特性來(lái)決定所選元件的電容器範(fàn)圍。

高頻回路一般選擇電容器應(yīng)盡量小(如SAC(500W，50pF，±10%)、LCE(1.5KW，100pF)、低電容器TVS)，

而對(duì)電容器要求不高的回路電容器選擇可高於40pF。

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