TVS二極管和穩壓二極管的區別

TVS管超過它的耐壓值后，會瞬間導通短路，反應速度在ns級，

而穩壓管是穩壓作用的，超過它的穩壓值，只要功率不超過它的耐受值，就會穩定在它的穩壓值范圍內。

TVS是瞬態抑制二極管，主要是用來抑制瞬時電壓尖峰，減少尖峰電壓對元器件的損耗。

穩壓二極管主要是穩壓的作用。

雙向擊穿二極管也稱瞬態電壓抑制二極管（TVS），是一種具有雙向穩壓特性和雙向負阻特性的過壓保護器件，類似于壓敏電阻器。

它應用于各種交流及直流電源電路中，用來抑制瞬間過電壓。

當被保護電路瞬間出現浪涌脈沖電壓時，雙向擊穿二極管能迅速齊納擊穿，由高阻狀態變為低阻狀態，對浪涌電壓進行分流和箝位，從而保護電路中各元件不被瞬間浪涌脈沖電壓損壞。

穩壓二極管的穩壓原理：

穩壓二極管的特點就是擊穿后，其兩端的電壓基本保持不變。

這樣，當把穩壓管接入電路以后，若由于電源電壓發生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。

故障特點：穩壓二極管的故障主要表現在開路、短路和穩壓值不穩定。

在這3種故障中，前一種故障表現出電源電壓升高；

后2種故障表現為電源電壓變低到零伏或輸出不穩定。

常用穩壓二極管的型號及穩壓值如下表：

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

穩壓值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V

簡言之，瞬態電壓抑制二極管（TVS）不會被擊穿，它能夠在電壓極高時降低電阻，

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

但擊穿后其兩端的電壓保持不變，從而使電路穩定，電壓穩定，不至于發生開路短路，從而保護電路元件。

瞬態抑制二極管的反應速度快，用與消除干擾的脈沖尖峰；

壓敏電阻，其最大特點是當加在它上面的電壓低于它的閥值"UN"時，流過它的電流極小，相當于一只關死的閥門，

當電壓超過UN時，流過它的電流激增，相當于閥門打開。

利用這一功能，可以抑制電路中經常出現的異常過電壓，保護電路免受過電壓的損害；

穩壓二極管反向電壓到一定程度就會擊穿，是的電壓穩定不變，用于穩壓。

瞬態抑制二極管,是雪崩二極管(穩壓管)的變種!

其特性就是在額定工作區電流很小!超壓后電流巨增!

瞬態抑制二極管與穩壓二極管的區別是前者工作在截止區!

后者工作在導通區!

而壓敏電組則是由兩端易熔導體內夾層電阻膜構成!

常態下它是定值電阻!電壓高電流過大時薄膜會擊穿燒熔兩端易熔導體!

以短路或斷路來保護電路其它元件!

瞬態二極管（Transient Voltage Suppressor）

簡稱TVS，是一種二極 管形式的高效能保護器件。

當TVS 二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，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 浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元 器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。

特性

TVS 的電路符號與普通穩壓二極管相同。

它的正向特性與普通二極管相同；反向特性為典型的PN 結雪崩器件。

在瞬態峰值脈沖電流作用下，流過TVS 的電流，由原來的反向漏電流ID上升到IR 時，

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

隨著峰值脈沖電流的出現，流過TVS 的電流達到峰值脈沖電流IPP。

在其兩極的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓以下。

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

這就是TVS 抑制可能出現的浪涌脈沖功率，保護電子元器件的整個過程。

參數

①最大反向漏電流ID和額定反向關斷電壓VWM。

VWM 是TVS 最大連續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，

它處于反向關斷狀態，流過它的電流應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，在這個電壓之前，TVS 是不導通的。

當TVS 流過規定的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=0.81VBR。

③最大箝拉電壓VC 和最大峰值脈沖電流IPP

當持續時間為20微秒的脈沖峰值電流IPP 流過TVS 時，在其兩極間出現的最大峰值電壓為VC。

它是串聯電阻上和因溫度系數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 是數據接口電路選用TVS 的重要參數。

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。其規定的試驗脈沖波形和各種TVS 的PM 值，請查閱有關產品手冊。

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、持續時間和環境溫度有關。

而且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”，有可能使TVS 損壞。

⑥箝位時間TC

TC 是TVS兩端電壓從零到最小擊穿電壓VBR 的時間。

對單極性TVS一般是1×10-12秒；對雙極性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。

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