TVS二极管和稳压二极管的区别

TVS二极管和稳压二极管的区别

TVS管超过它的耐压值后，会瞬间导通短路，反应速度在ns级，

而稳压管是稳压作用的，超过它的稳压值，只要功率不超过它的耐受值，就会稳定在它的稳压值范围内。

TVS是瞬态抑制二极管，主要是用来抑制瞬时电压尖峰，减少尖峰电压对元器件的损耗。

稳压二极管主要是稳压的作用。

双向击穿二极管也称瞬态电压抑制二极管（TVS），是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件，类似于压敏电阻器。

它应用于各种交流及直流电源电路中，用来抑制瞬间过电压。

当被保护电路瞬间出现浪涌脉冲电压时，双向击穿二极管能迅速齐纳击穿，由高阻状态变为低阻状态，对浪涌电压进行分流和箝位，从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。

稳压二极管的稳压原理：

稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。

这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。

在这3种故障中，前一种故障表现出电源电压升高；

后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。

常用稳压二极管的型号及稳压值如下表：

型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 
稳压值 3.3V   3.6V   3.9V    4.7V   5.1V   5.6V   6.2V   15V   27V   30V

简言之，瞬态电压抑制二极管（TVS）不会被击穿，它能够在电压极高时降低电阻，

从而使电流分流或控制其流向，从而保护电路元件在瞬间电压过高的情况下不被烧毁稳压管能被击穿，

但击穿后其两端的电压保持不变，从而使电路稳定，电压稳定，不至于发生开路短路，从而保护电路元件。

瞬态抑制二极管的反应速度快，用与消除干扰的脉冲尖峰；

压敏电阻，其最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值"UN"时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，

当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。

利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害；

稳压二极管反向电压到一定程度就会击穿，是的电压稳定不变，用于稳压。

瞬态抑制二极管,是雪崩二极管(稳压管)的变种!

其特性就是在额定工作区电流很小!超压后电流巨增!

瞬态抑制二极管与稳压二极管的区别是前者工作在截止区!

后者工作在导通区!

而压敏电组则是由两端易熔导体内夹层电阻膜构成!

常态下它是定值电阻!电压高电流过大时薄膜会击穿烧熔两端易熔导体!

以短路或断路来保护电路其它元件!

瞬态二极管（Transient Voltage Suppressor）

简称TVS，是一种二极 管形式的高效能保护器件。

当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，

吸收高达数千瓦的 浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元 器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

特性

TVS 的电路符号与普通稳压二极管相同。

它的正向特性与普通二极管相同；反向特性为典型的PN 结雪崩器件。

 

在瞬态峰值脉冲电流作用下，流过TVS 的电流，由原来的反向漏电流ID上升到IR 时，

其两极呈现的电压由额定反向关断电压VWM 上升到击穿电压VBR，TVS 被击穿。

 

随着峰值脉冲电流的出现，流过TVS 的电流达到峰值脉冲电流IPP。

在其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压以下。

尔后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS 两极的电压也不断下降，最后恢复到起始状态。

这就是TVS 抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的整个过程。

 

参数

①最大反向漏电流ID和额定反向关断电压VWM。

VWM 是TVS 最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入TVS 的两极间时，

它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流 ID。

 

②最小击穿电压VBR 和击穿电流IR

VBR 是TVS 最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，TVS 是不导通的。

当TVS 流过规定的1mA 电流（IR）时，加入TVS 两极间的电压为其最小击穿电压VBR。

按TVS 的VBR 与标准值的离散程度，可把TVS 分为±5%VBR和±10%VBR 两种。

对于±5%VBR来说，VWM=0.85VBR；对于±10%VBR 来说，VWM=0.81VBR。

 

③最大箝拉电压VC 和最大峰值脉冲电流IPP

当持续时间为20微秒的脉冲峰值电流IPP 流过TVS 时，在其两极间出现的最大峰值电压为VC。

它是串联电阻上和因温度系数两者电压上升的组合。

VC 、IPP反映 TVS 器件的浪涌抑制能力。VC 与VBR 之比称为箝位因子，一般在1.2~1.4之间。

 

④电容量C

电容量C 是TVS 雪崩结截面决定的、在特定的1MHZ频率下测得的。

C 的大小与TVS 的电流承受能力成正比，C 过大将使信号衰减。因此，C 是数据接口电路选用TVS 的重要参数。

 

⑤最大峰值脉冲功耗PM

PM 是TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其规定的试验脉冲波形和各种TVS 的PM 值，请查阅有关产品手册。

在给定的最大箝位电压下，功耗PM 越大，其浪涌电流的承受能力越大；

在给定的功耗PM 下，箝位电压VC 越低，其浪涌电流的承受能力越大。

另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。

而且TVS 所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%，

如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可能使TVS 损坏。

 

⑥箝位时间TC

TC 是TVS两端电压从零到最小击穿电压VBR 的时间。

对单极性TVS一般是1×10-12秒；对双极性TVS一般 是1×10-11 秒。

 

過壓防護（一）：TVS管工作原理分析，TVS瞬態抑製二極管的作用

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

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

就TVS二極管而言，新手工程師必問的幾個問題有：

TVS二極管的工作原理是怎樣的？

TVS管是否有正負極性？

TVS管的特性參數、TVS管的選型標準以及TVS瞬態抑製二極管的作用等。

本期過壓防護專題，小碩就為所有關注TVS瞬態抑製二極管的工程師和采購們來介紹有關TVS管的過壓防護應用。

首先來了解下什麼是TVS瞬態抑製二極管，瞬態抑製二極管（Transient  Voltage  Suppressor）簡稱TVS管，

TVS管的電氣特性是由P-N結麵積、摻雜濃度及晶片阻質決定的。

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

它能以10的負12次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率，

使兩極間的電壓箝位於一個預定值，有效地保護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：

器件並聯於電路中，當電路正常工作時，它處於截止狀態（高阻態），不影響線路正常工作，

當電路出現異常過壓並達到其擊穿電壓時，它迅速由高阻態變為低阻態，給瞬間電流提供低阻抗導通路徑，

同時把異常高壓箝製在一個安全水平之內，從而保護被保護IC或線路；

當異常過壓消失，其恢複至高阻態，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50～200A。

雙向TVS可在正反兩個方向吸收瞬時大脈衝功率，並把電壓鉗製到預定水平，

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、防過電壓、抗幹擾、吸收浪湧功率等，是一種理想的保護器件。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芯片上，現有很多將EMI過濾和RFI防護等功能與TVS管集成在一起的器件，

不但減少設計所采用的器件數目降低成本，而且也避免PCB板上布線時易誘發的伴生自感。

過壓防護（二）：TVS瞬態抑製二極管選型，TVS二極管選型參數分析

在上一篇中，小碩介紹了什麼是TVS瞬態抑製二極管、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介紹TVS二極管。

但是想要獨立完成客戶的TVS管選型呢，還是要了解清楚瞬態抑製二極管的選型技巧和選型參數。

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。本期過壓防護專題就有新手工程師迫切需要的瞬態抑製二極管選型指導和TVS二極管選型參數。

處理瞬時脈衝對元件損害的最好辦法是將瞬時電流從感應元件引開。

TVS二極管在線路板上與被保護線路並聯，當瞬時電壓超過電路正常工作電壓後，

TVS二極管便產生雪崩，提供給瞬時電流一個超低電阻通路，其結果是瞬時電流透過二極管被引開，

避開被保護元件，並且在電壓恢複正常值之前使被保護回路一直保持截止電壓。

當瞬時脈衝結束以後，TVS二極管自動回覆高阻狀態，整個回路進入正常電壓。

許多元件在承受多次衝擊後，其參數及性能會產生退化，

而隻要工作在限定範圍內，二極管將不會產生損壞或退化。

從以上過程可以看出，在TVS二極管選型時，必須注意以下幾個參數的選擇：

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，低於這個電壓TVS是不會產生雪崩的。

當TVS流過規定的1mA電流(IR )時，加於TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。

按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分為5％和10％兩種。

對於5％的VBR來說，VWM =0.85VBR；對於10％的VBR來說，V WM =0.81VBR。

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8kV(接觸)和15kV(空氣)的ESD衝擊，

部份半導體廠商在自己的產品上使用了更高的抗衝擊標準。

對於某些有特殊要求的可攜設備應用，設計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時可承受的電壓，此電壓應大於或等於被保護電路的正常工作電壓，

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

這樣才不會在TVS工作以前使整個回路麵對過壓威脅。

當這個額定反向切斷電壓VWM加於TVS的兩極間時它處於反向切斷狀態，流過它的電流應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 。

當持續時間為20ms的脈衝峰值電流IPP流過TVS時，在其兩端出現的最大峰值電壓為VC。

V C 、IPP反映了TVS的突波抑製能力。

VC與VBR之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止狀態提供的電壓，也就是在ESD衝擊狀態時通過TVS的電壓，

它不能大於被保護回路的可承受極限電壓，否則元件麵臨被損傷的危險。

4. Pppm額定脈衝功率，

這是基於最大截止電壓和此時的峰值脈衝電流。

對於手持設備，一般來說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、持續時間和環境溫度有關。

而且，TVS所能承受的瞬態脈衝是不重覆的，元件規定的脈衝重覆頻率(持續時間與間歇時間之比)為0.01％。

如果電路內出現重覆性脈衝，應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雪崩結截麵決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。

C的大小與TVS管的電流承受能力成正比，C太大將使訊號衰減。

因此，C是數據介麵電路選用TVS的重要參數。電容器對於數據/訊號頻率越高的回路，

二極管的電容器對電路的幹擾越大，形成噪音或衰減訊號強度，因此需要根據回路的特性來決定所選元件的電容器範圍。

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

而對電容器要求不高的回路電容器選擇可高於40pF。