穩壓管及TVS管的相同和區別

在消費類產品應用會同時用到穩壓管與TVS管，穩壓管是很通用的二極管。 也是大學教科書包括所有電子產品書籍有提及介紹的標準半導體器件。

但是實際應用很容易把這兩款料搞混；

TVS是在穩壓管基礎上發展起來的側重瞬間浪涌泄放能力且對反向擊穿電壓一致性要求并不高的二極管。原理都是利用PN結反向擊穿原理，TVS比穩壓管提升了瞬態泄放浪涌與ESD保護的作用。

下面具體介紹

二極管是最常用的電子元件之一，他最大的特性就是單向導電，也就是電流只可以從二極管的一個方向流過，二極管有整流電路，檢波電路，穩壓電路，各種調制電路，主要都是由二極管來構成的，其原理都很簡單，正是由于二極管等元件的發明，才有我們現在豐富多彩的電子信息世界的誕生，既然二極管的作用這么大那么我們應該如何去檢測這個元件呢，其實很簡單只要用萬用表打到電阻檔測量一下正向電阻如果很小，反相電阻如果很大這就說明這個二極管是好的

正向性

二極管是最常用的電子元件之一，他最大的特性就是單向導電，也就是電流只可以從二極管的一個方向流過，二極管有整流電路，檢波電路，穩壓電路，各種調制電路，主要都是由二極管來構成的，其原理都很簡單，正是由于二極管等元件的發明，才有我們現在豐富多彩的電子信息世界的誕生，既然二極管的作用這么大那么我們應該如何去檢測這個元件呢，其實很簡單只要用萬用表打到電阻檔測量一下正向電阻如果很小，反相電阻如果很大這就說明這個二極管是好的

正向性

外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結內電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區。這個不能使二極管導通的正向電壓稱為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后，PN結內電場被克服，二極管導通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內，導通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向電壓。 硅二極管典型伏安特性曲線（圖）。在二極管加有正向電壓，當電壓值較小時，電流極小；當電壓超過0.6V時，電流開始按指數規律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當電壓達到約0.7V時，二極管處于完全導通狀態，通常稱此電壓為二極管的導通電壓，用符號UF表示。

反向性

外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流，由于反向電流很小，二極管處于截止狀態。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。

擊穿

外加反向電壓超過某一數值時，反向電流會突然增大，這種現象稱為電擊穿。此時電壓被稱為VZ或者VBR 。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向導電性。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱，則單向導電性不一定會被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復，否則二極管就損壞了。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。

穩壓管和TVS管的工作原理

穩壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數值,在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定,穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓.

TVS(Transient Voltage Suppresser瞬態電壓抑制器)

TVS是普遍使用的一種新型高效電路保護器件，它具有極快的響應時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力。當它的兩端經受瞬間的高能量沖擊時，TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗，以吸收一個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓箝制在一個預定的數值上，從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，TVS可用于保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。

TVS管和穩壓管一樣，也是反向應用的。其中VR稱為最大轉折電壓，是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓，其對應的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓，當TVS管中流過的峰值電流為IPP的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS管能夠始終把被保護的器件或設備的端口電壓限制在VB～VC的有效區內。與穩壓管不同的是，IPP的數值可達數百安培，而箝位響應時間僅為1×10-12s。TVS的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP，且在給定最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。

穩壓管和TVS管的作用

穩壓管的應用:

1、浪涌保護電路:穩壓管在準確的電壓下擊穿,這就使得它可作為限制或保護之元件來使用,因為各種電壓的穩壓二極管都可以得到,故對于這種應用特別適宜.圖中的穩壓二極管D是作為過壓保護器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩壓值D就導通,使繼電器J吸合負載RL就與電源分開.

2、電視機里的過壓保護電路:EC是電視機主供電壓,當EC電壓過高時,D導通,三極管BG導通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變為低電平,通過待機控制線的控制使電視機進入待機保護狀態.

3、電弧抑制電路:在電感線圈上并聯接入一只合適的穩壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當線圈在導通狀態切斷時,由于其電磁能釋放所產生的高壓就被二極管所吸收,所以當開關斷開時,開關的電弧也就被消除了.這個應用電路在工業上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它.

4、串聯型穩壓電路:在此電路中,串聯穩壓管BG的基極被穩壓二極管D鉗定在13V,那么其發射極就輸出恒定的12V電壓了.這個電路在很多場合下都有應用

TVS器件按極性可分為單極性和雙極性兩種；

按用途可分為通用型和專用型；按封裝和內部結構可分為軸向引線二極管、雙列直插TVS陣列、貼片式和大功率模塊等[1]。軸向引線的產品峰值功率可達400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的產品主要用在電源饋線上，低功率產品主要用在高密度安裝場合。對于高密度安裝的場合，也可以選擇雙列直插和表面貼裝等封裝形式。

在選用TVS時，應考慮以下幾個主要因素：

(1)若TVS有可能承受來自兩個方向的尖峰脈沖電壓(浪涌電壓)沖擊時，應當選用雙極性的，否則可選用單極性。

(2)所選用TVS的Vc值應低于被保護元件的最高電壓。Vc是二極管在截止狀態的電壓，也就是在ESD沖擊狀態時通過TVS的電壓，它不能大于被保護回路的可承受極限電壓，否則器件面臨被損壞的危險。

(3)TVS在正常工作狀態下不要處于擊穿狀態，最好處于VR以下，應綜合考慮VR和VC兩方面的要求來選擇適當的TVS。

(4)如果知道比較準確的浪涌電流IPP，則可利用VCIpp來確定功率；如果無法確定IPP的大致范圍，則選用功率大些的TVS為好。PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功率耗散值。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、持續時間和環境溫度有關。

(5)TVS所能承受的瞬態脈沖是不重復的，器件規定的脈沖重復頻率(持續時間與間歇時間之比)為0．01％。如果電路內出現重復性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，不然有可能損壞TVS。

(6)對于小電流負載的保護，可有意識地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當，一般不會影響線路的正常工作，但限流電阻對干擾所產生的電流卻會大大減小。但這樣可能選用峰值功率較小的TVS管來對小電流負載線路進行保護。

(7)電容量C是由TVS雪崩結截面決定的，這是在特定的1 MHz頻率下測得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C太大將使信號衰減。因此，C是數據接口電路選用TVS的重要參數。對于數據／信號頻率越高的回路，二極管的電容對電路的干擾越大，形成噪聲或衰減信號強度也大，因此，需要根據回路的特性來決定所選器件的電容范圍。高頻回路一般選擇電容應盡量小(如LCTVS、低電容TVS，電容不大于3 pF)，而對電容要求不高的回路，電容的容量選擇可高于40 pF。

(8)為了滿足IEC61000-4-2國際標準，TVS二極管必須達到可以處理最小8 kV(接觸)和15 kV(空氣)的ESD沖擊，有的半導體生產廠商在自己的產品上使用了更高的抗沖擊標準。而對于某些有特殊要求的便攜設備應用，設計者可以按需要挑選器件。

下面是我們一顆5V 0.5PF 0402封裝ESD TLP特性（ nS級波形響應I-V特性）

齊納二極管zener diodes(又叫穩壓二極管)它的電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件.在這臨界擊穿點上,反向電阻降低到一個很少的數

值,在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恒定

（理想的特性是隨著反向電流增加而電壓不變，及上面的曲線是90度上拐，但是實際上雖然二極管擊穿了，但是電流越大，兩端壓降越高，對比參

數就有一個叫動態阻抗的參數，其阻抗越低越好，對于TVS 動態阻抗越低，其殘壓及VC 箝位電壓 越低越好，其對后端保護越好，這也是不同廠家器件對比的一個重要參數，就像一個洪水協防

口，口子越大，對洪水的協防能力越強）,穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的,因為這種特性,穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用.其伏安特性,穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的

電壓上使用,通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。

PN結有單向導電性，正向電阻小，反向電阻很大。 當反向電壓增大到一定數值時，反向電流突然增加。就是反向電擊穿。它分雪崩擊穿和齊納擊穿。 雪崩擊穿是PN結反向電壓增大到一數值時，載流子倍增就像雪崩一樣，增加得多而快。 利用這個特性制作的二極管就是雪崩二極管。

它是在外加電壓作用下可以產生高頻振蕩的晶體管。產生高頻振蕩的工作原理是：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時間，所以其電流滯后于電壓，出現延遲時間，若適當地控制渡越時間，那么，在電流和電壓關系上就會出現負阻效應，從而產生高頻振蕩。它常被應用于微波領域的振蕩電路中。

兩者擊穿形式的區別：

雪崩擊穿是在電場作用下，載流子能量增大，不斷與晶體原子相碰，使共價鍵中的電子激發形成自由電子-空穴對。新產生的載流子又通過碰撞產生自由電子-空穴對，這就是倍增效應。1生2，2生4，像雪崩一樣增加載流子。

齊納擊穿完全不同，在高的反向電壓下，PN結中存在強電場，它能夠直接破壞！共價鍵將束縛電子分離來形成電子-空穴對，形成大的反向電流。齊納擊穿需要的電場強度很大，只有在雜質濃度特別大的PN結才做得到。（雜質大電荷密度就大） ，兩者很多情下是同時發生，特別是在器件邊緣。

兩種二極管都是工作在反向擊穿區，二者的區別在于耐受暫態脈沖沖擊能力和箝位電壓水平等方面有所差異。防雷設計中就是應用兩種二極管的伏安特性來抑制雷電過電壓。

伏安特性：

分為三個工作區：正向區、反向區和擊穿區。

齊納二極管伏安特性的非線性比較差；為了抑制正、負兩種極性的過電壓，可以把兩只雪崩二極管的陰極串聯起來，封裝成一體。

采用這種組裝方式，可以減小單個管子間連線的寄生電感，改善箝位效果，同時也能減小體積。

反向擊穿

反向擊穿電壓小于5V的二極管一般具有齊納擊穿過程：

反向擊穿電壓大于8V的二極管具有雪崩擊穿過程；

反向擊穿電壓在5V～8V之間的二極管可能同時具有齊納或雪崩擊穿過程。

在工藝實現上，齊納擊穿主要是半導體材料重摻雜低電壓的反向應用中，而雪崩擊穿則需要寬的耐壓區，濃度比較低，耐壓比較高的反向應用中。所以可以這樣說5V以上的穩

壓管實際上主要是雪崩擊穿機理，之所以也叫zener也是為了方便理解而已。

溫度對兩種二極管擊穿電壓的影響

對齊納二極管，溫度升高時，擊穿電壓會下降；

對雪崩二極管，溫度升高時，擊穿電壓會上升。

對可能兼備齊納與雪崩過程的二極管，溫度升高時，擊穿電壓可能會下降，也可能會上升。

泄漏電流及響應時間：

泄漏電流 ：

影響泄漏電流大小的主要因素是：外加反向電壓的大小、管子結區的溫度。

泄漏電流總是隨反向電壓的增大而增大。但是，擊穿電壓低的管子其泄漏電流明顯高于擊穿電壓高的管子。

溫度對于管子泄漏電流的影響程度也是不同的：

對于擊穿電壓低的管子，不同溫度下IL～UR特性曲線是相互靠近的，且隨著反向電壓的增大，各溫度下的特性曲線更加靠近，即溫度的影響進一步減小。

對于擊穿電壓高的管子，泄漏電流的絕對值很小，但溫度變化對泄漏電流引起的相對變化是明顯的。

響應時間 ：

響應時間是表征齊納二極管和雪崩二極管性能的一個重要的指標，為了得到可靠的保護，響應時間總是越小越好。

相對于氣體放電管和壓敏電阻來說，齊納二極管和雪崩二極管的響應時間是非常短的。

寄生電容及其減小方法

一、寄生電容

齊納二極管和雪崩二極管的寄生電容存在于管子的結區間，它主要由管子結面、半導體材料的電阻率與介電常數，外加電壓來確定。

管子的功率對寄生電容也有影響。管子的功率增大，結的面積也相應增大，以便減小熱阻，提高通流能力，于是管子的寄生電容也會增大。

二、減小寄生電容的方法

將普通二極管與雪崩二極管串聯使用，普通二極管的寄生電容很小，約為50pF，串聯后的支路電容將有大幅度的減小。

箝位電壓與脈沖功率

一、箝位電壓

齊納二極管與雪崩二極管的擊穿限壓主要用反向擊穿電壓UZ和反向擊穿電流IZ來表征。

管子擊穿電壓UZ的偏差范圍： ±5%～±10%

二、脈沖功率

一般二極管的穩態耗散功率在0.4W～5W之間，但遇到暫態脈沖沖擊時，管子能夠吸收的暫態脈沖功率比穩態耗散功率大幾百倍。這里面穩壓管必須要備注穩態功率，也就是直流DC功率。而TVS必須備注瞬態功率 。

管子的脈沖功率在10/1000us的脈沖波形下定義為最大脈沖電流峰值Ipk與最大箝位電壓Ucm的乘積。

當考慮管子的額定脈沖功率的參數時，要考慮到實際的暫態脈沖波形。如果實際脈沖的持續時間比10/1000us的短，則管子可以吸收比額定脈沖功率值更大的暫態功率，管子自身不會被損壞。一

只典型的雪崩二極管在8/20us波形下能夠通過的最大脈沖電流要比它在10/1000us波形下能夠通過的最大脈沖電流大6~10倍。

噪音和損壞形式

一、噪音

齊納二極管或雪崩二極管工作于伏安特性曲線上轉折點附近小電流區時，可能會產生噪音。

即使電流變化比較小，相應的電壓也會出現跳變，這樣就產生了噪音

壓。 為了避免噪音干擾的產生，要根據具體設備的正常運行電壓來確定管子的參數，使系統的最高運行電壓峰值盡可能與管子的擊穿電壓值之間有足夠的差值，從而使管子在系統正常運行狀態下不會工作于伏安特性的轉折部位，即處于弱導通狀態。

反向變位電壓URS：管子在泄漏區內其兩端所能施加的最大電壓（臨界擊穿時，反向電壓接近但尚未達到擊穿電壓值），在此電壓下管子不應擊穿。

最大泄漏電流IRL：在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

損壞形式

齊納二極管和雪崩二極管在損壞后通常表現為短路狀態，如果流過的短路電流持續的時間過長，管子本體和封裝外殼可能被燒裂，從而呈現出開路狀態。

不論是短路還是開路，管子一旦出現故障，就要及時更換 。

瞬態態抑制二極管

1、具有比較大的結面積，通流能力強；

2、管體內裝有特殊材料制成的散熱片（散熱條件好），有利于管子吸收較大的暫態功率 ；

3、管子在抑制暫態過電壓方面的特性在制造中得到了強調。

主要技術參數和選用要點

1、額定擊穿電壓：反向擊穿電流1mA下的擊穿電壓。

2、最大箝位電壓：管子在通過規定波形的大電流（幾十至幾百安）時兩端出現的最高電壓。

3、脈沖功率：在規定的10/1000us電流波形下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流峰值之積。

4、反向變位電壓：管子在泄漏區內其兩端所能施加的最大電壓（臨界擊穿時），在此電壓下管子不應擊穿。

5、最大泄漏電流： 在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

選用暫態抑制二極管的注意點：

1、根據可能出現的過電壓極性，確定用單極管子還是用雙極管子；

2、 管子的最大箝位電壓低于被保護電子元件或設備的

耐受電壓水平。

3、管子的反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統的最高運行電壓峰值，不能在系統正常運行時處于弱導通狀態。如果是做保護作用所以在選項一定要將TVS

或者ZENER電壓要高于工作電壓，比如在很多手機客戶5V充電，必須選用7V以上TVS 。如果要支持高壓端充電就一定要選擇12V以上充電器，考慮在一些惡劣工作環境下或者非標準充電器我們一般建議客戶最好選擇12V TVS做充電口電源保護。

4、估計管子在抑制暫態過電壓時可能吸收的最大功率，并按照暫態電流波形的實際持續時間選擇管子的脈沖功率。

幾種保護元件性能的比較

放電管一般用作第一級、壓敏電阻用作第一、二級，暫態抑制二極管用作最末一、二級。

一句話總結TVS與穩壓管區別

TVS是在穩壓管基礎上發展起來的側重瞬間浪涌泄防能力的二極管。原理一樣都是利用PN結反向擊穿原理，實現工藝有區別，在工藝上穩壓管都是平面擴散工藝，這樣摻雜精度更好控制。而TVS

則是縱向挖槽工藝，PN接有更充分的接觸面積，摻雜劑量更多，但是精度控制就不是很準了。

所以TVS有更低的動態電阻，瞬間過電流能力更強。TVS就有ESD與浪涌保護能力，而穩壓管ESD與浪涌能力就很低。

雙向 ESD PESDHC2FD4V5BH 特性。

但是穩壓管反向啟動電壓都有精度要求，比如我們的5.1V穩壓管，行業內都有精度要求，批次之間一致性要求更高，反向擊穿電壓范圍控制到3%-5% 之間。而TVS則沒有，一個5V TVS ，VBR 從

5.5V-7.5V范圍都有

。下面圖是我們一個典型的充電OVP電路應用。其中物料PESDHC2FD5VBH 在其他場合我們做EOS和ESD保護，在這里作為充電OVP電路保護后端充電IC ，而該款料用來做OVP電路啟動電壓基準應用。所以我們就對其VBR特殊處理做了精度篩選起一個穩壓管的作用。需要控制其 VBR范圍。

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