穩(wěn)壓二極管與TVS管解析

什么是穩(wěn)壓二極管?它與TVS管的區(qū)別是什么?本文主要講了穩(wěn)壓二極管的定義、原理、應(yīng)用和TVS管的定義、應(yīng)用以及穩(wěn)壓二極管與TVS管的區(qū)別。

穩(wěn)壓二極管介紹

穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。 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(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更高的穩(wěn)定電壓。

穩(wěn)壓二極管原理：

穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。

穩(wěn)壓二極管應(yīng)用：

1、典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

在此電路中，三極管T的基極被穩(wěn)壓 二極管D穩(wěn)定在13V，那么其發(fā)射極就輸出恒定的13-0.7=12.3V電壓了，在一定范圍內(nèi)，無論輸入電壓升高還是降低，無論負(fù)載電阻大小變化，輸出電壓都保持不變。這個(gè)電路在很多場(chǎng)合下都有應(yīng)用。7805就是一種串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電路，可以輸出5V的電壓。7805-7824可以輸出5-24V電壓。在很多電器上都有應(yīng)用。

2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路

115V是電視機(jī)主供電電壓，當(dāng)電源輸出電壓過高時(shí)，D導(dǎo)通，三極管T導(dǎo)通，其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^待機(jī)控制線的電壓使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

3、電弧抑制電路

在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話，當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí)，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收，所以當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，開關(guān)的電弧也就被消除了。這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)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。

TVS管介紹

TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR)或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品，其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度(最高達(dá)1*10^-12秒)使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。 TVS的反應(yīng)速度比RC回路快10E-12s，可不用考慮TVS的擊穿電壓VBR，反向臨界電壓VWM，最大峰值脈沖電流IPP和最大箝位電壓VC及峰值脈沖功率PP. 選擇VWM等于或大于電路工作電壓，VC為小于保護(hù)器件的耐壓值，能測(cè)量最好(IPP)，或估計(jì)出脈沖的功率，選功率較大的TVS。

TVS管的特性參數(shù)：

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)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。

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來說，VWM=0.85VBR;對(duì)于±10% VBR來說，VWM=0.81 VBR。

最大箝位電壓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反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。

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)。

最大峰值脈沖功耗PMPM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。

箝位時(shí)間TCTC是從零到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間。對(duì)單極性TVS小于1&TImes;10-12秒;對(duì)雙極性TVS小于是1&TImes;10-11 秒。

TVS管的四大應(yīng)用：

1、TVS管在TN電源系統(tǒng)的應(yīng)用

雷電過電壓波、負(fù)載開關(guān)等人為操作錯(cuò)誤引起的過電壓容易通過供電線路侵入電氣電子設(shè)備內(nèi)部，造 成電氣電子設(shè)備失效、誤動(dòng)作，甚至造成設(shè)備的永久性損壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。通過在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS，實(shí)施兩級(jí)保護(hù)，并對(duì)L、N 線進(jìn)行共模、差模保護(hù)。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級(jí)SPD保護(hù)，泄放大部分雷電流，在線路的末端(設(shè)備前端)安裝大功率TVS管作為第二 級(jí)SPD保護(hù)，進(jìn)一步削弱過電壓波幅值，將電網(wǎng)電壓降至E/I安全耐壓范圍之內(nèi)。要注意的是，MOV與TVS應(yīng)達(dá)到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合，AB之間的線 路長(zhǎng)度不應(yīng)小于5 m，否則應(yīng)增加線路長(zhǎng)度或安裝退耦器件。

2、TVS管在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線路的應(yīng)用

TVS管不僅可以用于電源系統(tǒng)的浪涌防護(hù)，還可以用于信號(hào)線路的浪涌保護(hù)，采用氣體放電管GDT與TVS管組合成信號(hào)浪涌保護(hù)器，其特點(diǎn)是反應(yīng)快，漏流小，幾乎對(duì)信號(hào)無損耗，可以對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)線路提供安全、可靠的保護(hù)。

3、TVS管在直流電源系統(tǒng)的應(yīng)用

一臺(tái)普通PC電腦的供電電源電路，市電AC 220 V經(jīng)過變壓器降壓至AC 20 V，再經(jīng)調(diào)制整流電路，輸出DC 10 V 直流電源，接入負(fù)載。通過在變壓器輸出端安裝雙向瞬態(tài)電壓抑制器TVS1，吸收L 及N 線的瞬時(shí)沖擊脈沖電流，將電路電壓箝制在安全電壓水平，TVS1可以保護(hù)變壓器后端整流器及其他電路元器件。在整流器后的直流電源輸出端安裝單向瞬態(tài)電壓 抑制器TVS2，用于保護(hù)直流負(fù)載免受過電壓電電流沖擊。

4、TVS管在晶體管電路的應(yīng)用

晶體三極管作為電流控制型器 件，是電子集成電路中的重要組成部分，可分為NPN 管和PNP 管兩類，應(yīng)用于開關(guān)電路、放大電路和穩(wěn)壓電路。為了使晶體管電路免受ESD/EFT(靜電放電/電快速瞬變脈沖群)等浪涌電壓的干擾，在電路的輸入 端和輸出端分別加入TVS1、TVS2進(jìn)行保護(hù)。

穩(wěn)壓二極管與TVS管的區(qū)別

電壓及電流的瞬態(tài)干擾是造成電子電路及設(shè)備損壞的主要原因，常給人們帶來無法估量的損失。這些干擾通常來自于電力設(shè)備的起停操作、交流電網(wǎng)的不穩(wěn)定、雷擊干擾及靜電放電等，瞬態(tài)干擾幾乎無處不在、無時(shí)不有，使人感到防不勝防。幸好，一種高效能的電路保護(hù)器件TVS的出現(xiàn)使瞬態(tài)干擾得到了有效抑制TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR) 或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品，其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度(最高達(dá)1*10-12秒)使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。

如果是使用的話，TVS有二極管類，和壓敏電阻類。我個(gè)人認(rèn)為壓敏電阻類更有優(yōu)勢(shì)，目前廣泛用于手機(jī)，LCD模組，及一些比較精密的手持設(shè)備。特別是出口歐洲的產(chǎn)品一般都要加，來作為靜電防護(hù)的主要手段之一。TVS和齊納穩(wěn)壓管都能用作穩(wěn)壓，但是TVS管齊納擊穿電流更小，大于10V的穩(wěn)壓只有1mA，相對(duì)來說齊納二極管擊穿電流要大不少，但是齊納二極管穩(wěn)壓精度可以做的比較高。

在電路中一般工作于反向截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)它不影響電路的任何功能。TVS在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)電路中由于雷電、各種電器干擾出現(xiàn)大幅度的瞬態(tài)干擾電壓或脈沖電流時(shí)，它在極短的時(shí)間內(nèi)(最高可達(dá)到1&TImes;10-12秒)迅速轉(zhuǎn)入反向?qū)顟B(tài)，并將電路的電壓箝位在所要求的安全數(shù)值上，從而有效的保護(hù)電子線路中精密元器件免受損壞。干擾脈沖過去后，TVS又轉(zhuǎn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。

由于在反向?qū)〞r(shí)，其箝位電壓低于電路中其它器件的最高耐壓，因此起到了對(duì)其它元器件的保護(hù)作用。TVS能承受的瞬時(shí)脈沖功率可達(dá)上千瓦，其箝位時(shí)間僅為1ps。TVS根據(jù)極性可分為單向和雙向TVS。單向TVS一般適用于直流電路，雙向TVS一般適用于交流電路中。由于TVS起保護(hù)作用時(shí)動(dòng)作迅速、壽命長(zhǎng)、使用方便，因此在瞬變電壓防護(hù)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。以上就是穩(wěn)壓二極管TVS管的區(qū)別，希望能給大家?guī)椭?