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、應用和TVS管的定義、應用以及穩(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體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數(shù)值，在這個低阻區(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，因為這種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用。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，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當反向電壓臨近反向電壓的臨界值時，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點上，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，從而實現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。

穩(wěn)壓二極管應用：

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，無論負載電阻大小變化，輸出電壓都保持不變。這個電路在很多場合下都有應用。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用。

2、電視機里的過壓保護電路

115V是電視機主供電電壓，當電源輸出電壓過高時，D導通，三極管T導通，其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^待機控制線的電壓使電視機進入待機保護狀態(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，當線圈在導通狀態(tài)切斷時，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收，所以當開關(guān)斷開時，開關(guān)的電弧也就被消除了。這個應用電路在工業(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，其電路符號和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度(最高達1*10^-12秒)使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數(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為小于保護器件的耐壓值，能測量最好(IPP)，或估計出脈沖的功率，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，當這個反向電壓加入TVS的兩極間時，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過它的電流應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，在這個電壓之前，TVS是不導通的。當TVS 流過規(guī)定的1mA電流(IR)時，加入TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把TVS分為±5%VBR和±10% VBR兩種。對于±5%VBR來說，VWM=0.85VBR;對于±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當持續(xù)時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，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)定的試驗脈沖波形和各種TVS的PM值，請查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊。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)脈沖是不重復的，器件規(guī)定的脈沖重復頻率(持續(xù)時間與間歇時間之比)為0.01%，如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復性脈沖，應考慮脈沖功率的“累積”，有可能使TVS損壞。

箝位時間TCTC是從零到最小擊穿電壓VBR的時間。對單極性TVS小于1&TImes;10-12秒;對雙極性TVS小于是1&TImes;10-11 秒。

TVS管的四大應用：

1、TVS管在TN電源系統(tǒng)的應用

雷電過電壓波、負載開關(guān)等人為操作錯誤引起的過電壓容易通過供電線路侵入電氣電子設備內(nèi)部，造 成電氣電子設備失效、誤動作，甚至造成設備的永久性損壞，造成嚴重經(jīng)濟損失。通過在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS，實施兩級保護，并對L、N 線進行共模、差模保護。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級SPD保護，泄放大部分雷電流，在線路的末端(設備前端)安裝大功率TVS管作為第二 級SPD保護，進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應達到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合，AB之間的線 路長度不應小于5 m，否則應增加線路長度或安裝退耦器件。

2、TVS管在網(wǎng)絡信號線路的應用

TVS管不僅可以用于電源系統(tǒng)的浪涌防護，還可以用于信號線路的浪涌保護，采用氣體放電管GDT與TVS管組合成信號浪涌保護器，其特點是反應快，漏流小，幾乎對信號無損耗，可以對高速網(wǎng)絡線路提供安全、可靠的保護。

3、TVS管在直流電源系統(tǒng)的應用

一臺普通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，用于保護直流負載免受過電壓電電流沖擊。

4、TVS管在晶體管電路的應用

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進行保護。

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、無時不有，使人感到防不勝防。幸好，一種高效能的電路保護器件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，其電路符號和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度(最高達1*10-12秒)使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個預定的數(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。我個人認為壓敏電阻類更有優(yōu)勢，目前廣泛用于手機，LCD模組，及一些比較精密的手持設備。特別是出口歐洲的產(chǎn)品一般都要加，來作為靜電防護的主要手段之一。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狀態(tài)，此時它不影響電路的任何功能。TVS在規(guī)定的反向應用條件下，當電路中由于雷電、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，它在極短的時間內(nèi)(最高可達到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)入反向截止狀態(tài)。

由于在反向?qū)〞r，其箝位電壓低于電路中其它器件的最高耐壓，因此起到了對其它元器件的保護作用。TVS能承受的瞬時脈沖功率可達上千瓦，其箝位時間僅為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起保護作用時動作迅速、壽命長、使用方便，因此在瞬變電壓防護領(lǐng)域有著非常廣泛的應用。以上就是穩(wěn)壓二極管TVS管的區(qū)別，希望能給大家?guī)椭?