稳压管及TVS管的相同和区别

在消费类产品应用会同时用到稳压管与TVS管，稳压管是很通用的二极管。 也是大学教科书包括所有电子产品书籍有提及介绍的标准半导体器件。

但是实际应用很容易把这两款料搞混；

TVS是在稳压管基础上发展起来的侧重瞬间浪涌泄放能力且对反向击穿电压一致性要求并不高的二极管。原理都是利用PN结反向击穿原理，TVS比稳压管提升了瞬态泄放浪涌与ESD保护的作用。

下面具体介绍

二极管是最常用的电子元件之一，他最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管有整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，主要都是由二极管来构成的，其原理都很简单，正是由于二极管等元件的发明，才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生，既然二极管的作用这么大那么我们应该如何去检测这个元件呢，其实很简单只要用万用表打到电阻档测量一下正向电阻如果很小，反相电阻如果很大这就说明这个二极管是好的

正向性

二极管是最常用的电子元件之一，他最大的特性就是单向导电，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过，二极管有整流电路，检波电路，稳压电路，各种调制电路，主要都是由二极管来构成的，其原理都很简单，正是由于二极管等元件的发明，才有我们现在丰富多彩的电子信息世界的诞生，既然二极管的作用这么大那么我们应该如何去检测这个元件呢，其实很简单只要用万用表打到电阻档测量一下正向电阻如果很小，反相电阻如果很大这就说明这个二极管是好的

正向性

外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。 硅二极管典型伏安特性曲线（图）。在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UF表示。

反向性

外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流，由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

击穿

外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。此时电压被称为VZ或者VBR 。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。

稳压管和TVS管的工作原理

稳压二极管(又叫齐纳二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压.

TVS(Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器)

TVS是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。正因为如此，TVS可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。

TVS管和稳压管一样，也是反向应用的。其中VR称为最大转折电压，是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压，其对应的反向电流IT一般取值为1 mA。VC是最大箝位电压，当TVS管中流过的峰值电流为IPP的大电流时，管子两端电压就不再上升了。因此TVS管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB～VC的有效区内。与稳压管不同的是，IPP的数值可达数百安培，而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP，且在给定最大钳位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大。

稳压管和TVS管的作用

稳压管的应用:

1、浪涌保护电路:稳压管在准确的电压下击穿,这就使得它可作为限制或保护之元件来使用,因为各种电压的稳压二极管都可以得到,故对于这种应用特别适宜.图中的稳压二极管D是作为过压保护器件.只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通,使继电器J吸合负载RL就与电源分开.

2、电视机里的过压保护电路:EC是电视机主供电压,当EC电压过高时,D导通,三极管BG导通,其集电极电位将由原来的高电平(5V)变为低电平,通过待机控制线的控制使电视机进入待机保护状态.

3、电弧抑制电路:在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管(也可接入一只普通二极管原理一样)的话,当线圈在导通状态切断时,由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收,所以当开关断开时,开关的电弧也就被消除了.这个应用电路在工业上用得比较多,如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它.

4、串联型稳压电路:在此电路中,串联稳压管BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了.这个电路在很多场合下都有应用

TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种；

按用途可分为通用型和专用型；按封装和内部结构可分为轴向引线二极管、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等[1]。轴向引线的产品峰值功率可达400 W、500 W、600W、1500W和5 000W。其中大功率的产品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装场合。对于高密度安装的场合，也可以选择双列直插和表面贴装等封装形式。

在选用TVS时，应考虑以下几个主要因素：

(1)若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压(浪涌电压)冲击时，应当选用双极性的，否则可选用单极性。

(2)所选用TVS的Vc值应低于被保护元件的最高电压。Vc是二极管在截止状态的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件面临被损坏的危险。

(3)TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态，最好处于VR以下，应综合考虑VR和VC两方面的要求来选择适当的TVS。

(4)如果知道比较准确的浪涌电流IPP，则可利用VCIpp来确定功率；如果无法确定IPP的大致范围，则选用功率大些的TVS为好。PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。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。

(5)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，不然有可能损坏TVS。

(6)对于小电流负载的保护，可有意识地在线路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，一般不会影响线路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小。但这样可能选用峰值功率较小的TVS管来对小电流负载线路进行保护。

(7)电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，这是在特定的1 MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。对于数据／信号频率越高的回路，二极管的电容对电路的干扰越大，形成噪声或衰减信号强度也大，因此，需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小(如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3 pF)，而对电容要求不高的回路，电容的容量选择可高于40 pF。

(8)为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS二极管必须达到可以处理最小8 kV(接触)和15 kV(空气)的ESD冲击，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。而对于某些有特殊要求的便携设备应用，设计者可以按需要挑选器件。

下面是我们一颗5V 0.5PF 0402封装ESD TLP特性（ nS级波形响应I-V特性）

齐纳二极管zener diodes(又叫稳压二极管)它的电路符号是:此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数

值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定

（理想的特性是随着反向电流增加而电压不变，及上面的曲线是90度上拐，但是实际上虽然二极管击穿了，但是电流越大，两端压降越高，对比参

数就有一个叫动态阻抗的参数，其阻抗越低越好，对于TVS 动态阻抗越低，其残压及VC 箝位电压 越低越好，其对后端保护越好，这也是不同厂家器件对比的一个重要参数，就像一个洪水协防

口，口子越大，对洪水的协防能力越强）,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性,稳压二极管可以串联起来以便在较高的

电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

PN结有单向导电性，正向电阻小，反向电阻很大。 当反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加。就是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿。 雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时，载流子倍增就像雪崩一样，增加得多而快。 利用这个特性制作的二极管就是雪崩二极管。

它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是：利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

两者击穿形式的区别：

雪崩击穿是在电场作用下，载流子能量增大，不断与晶体原子相碰，使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对，这就是倍增效应。1生2，2生4，像雪崩一样增加载流子。

齐纳击穿完全不同，在高的反向电压下，PN结中存在强电场，它能够直接破坏！共价键将束缚电子分离来形成电子-空穴对，形成大的反向电流。齐纳击穿需要的电场强度很大，只有在杂质浓度特别大的PN结才做得到。（杂质大电荷密度就大） ，两者很多情下是同时发生，特别是在器件边缘。

两种二极管都是工作在反向击穿区，二者的区别在于耐受暂态脉冲冲击能力和箝位电压水平等方面有所差异。防雷设计中就是应用两种二极管的伏安特性来抑制雷电过电压。

伏安特性：

分为三个工作区：正向区、反向区和击穿区。

齐纳二极管伏安特性的非线性比较差；为了抑制正、负两种极性的过电压，可以把两只雪崩二极管的阴极串联起来，封装成一体。

采用这种组装方式，可以减小单个管子间连线的寄生电感，改善箝位效果，同时也能减小体积。

反向击穿

反向击穿电压小于5V的二极管一般具有齐纳击穿过程：

反向击穿电压大于8V的二极管具有雪崩击穿过程；

反向击穿电压在5V～8V之间的二极管可能同时具有齐纳或雪崩击穿过程。

在工艺实现上，齐纳击穿主要是半导体材料重掺杂低电压的反向应用中，而雪崩击穿则需要宽的耐压区，浓度比较低，耐压比较高的反向应用中。所以可以这样说5V以上的稳

压管实际上主要是雪崩击穿机理，之所以也叫zener也是为了方便理解而已。

温度对两种二极管击穿电压的影响

对齐纳二极管，温度升高时，击穿电压会下降；

对雪崩二极管，温度升高时，击穿电压会上升。

对可能兼备齐纳与雪崩过程的二极管，温度升高时，击穿电压可能会下降，也可能会上升。

泄漏电流及响应时间：

泄漏电流 ：

影响泄漏电流大小的主要因素是：外加反向电压的大小、管子结区的温度。

泄漏电流总是随反向电压的增大而增大。但是，击穿电压低的管子其泄漏电流明显高于击穿电压高的管子。

温度对于管子泄漏电流的影响程度也是不同的：

对于击穿电压低的管子，不同温度下IL～UR特性曲线是相互靠近的，且随着反向电压的增大，各温度下的特性曲线更加靠近，即温度的影响进一步减小。

对于击穿电压高的管子，泄漏电流的绝对值很小，但温度变化对泄漏电流引起的相对变化是明显的。

响应时间 ：

响应时间是表征齐纳二极管和雪崩二极管性能的一个重要的指标，为了得到可靠的保护，响应时间总是越小越好。

相对于气体放电管和压敏电阻来说，齐纳二极管和雪崩二极管的响应时间是非常短的。

寄生电容及其减小方法

一、寄生电容

齐纳二极管和雪崩二极管的寄生电容存在于管子的结区间，它主要由管子结面、半导体材料的电阻率与介电常数，外加电压来确定。

管子的功率对寄生电容也有影响。管子的功率增大，结的面积也相应增大，以便减小热阻，提高通流能力，于是管子的寄生电容也会增大。

二、减小寄生电容的方法

将普通二极管与雪崩二极管串联使用，普通二极管的寄生电容很小，约为50pF，串联后的支路电容将有大幅度的减小。

箝位电压与脉冲功率

一、箝位电压

齐纳二极管与雪崩二极管的击穿限压主要用反向击穿电压UZ和反向击穿电流IZ来表征。

管子击穿电压UZ的偏差范围： ±5%～±10%

二、脉冲功率

一般二极管的稳态耗散功率在0.4W～5W之间，但遇到暂态脉冲冲击时，管子能够吸收的暂态脉冲功率比稳态耗散功率大几百倍。这里面稳压管必须要备注稳态功率，也就是直流DC功率。而TVS必须备注瞬态功率 。

管子的脉冲功率在10/1000us的脉冲波形下定义为最大脉冲电流峰值Ipk与最大箝位电压Ucm的乘积。

当考虑管子的额定脉冲功率的参数时，要考虑到实际的暂态脉冲波形。如果实际脉冲的持续时间比10/1000us的短，则管子可以吸收比额定脉冲功率值更大的暂态功率，管子自身不会被损坏。一

只典型的雪崩二极管在8/20us波形下能够通过的最大脉冲电流要比它在10/1000us波形下能够通过的最大脉冲电流大6~10倍。

噪音和损坏形式

一、噪音

齐纳二极管或雪崩二极管工作于伏安特性曲线上转折点附近小电流区时，可能会产生噪音。

即使电流变化比较小，相应的电压也会出现跳变，这样就产生了噪音

压。 为了避免噪音干扰的产生，要根据具体设备的正常运行电压来确定管子的参数，使系统的最高运行电压峰值尽可能与管子的击穿电压值之间有足够的差值，从而使管子在系统正常运行状态下不会工作于伏安特性的转折部位，即处于弱导通状态。

反向变位电压URS：管子在泄漏区内其两端所能施加的最大电压（临界击穿时，反向电压接近但尚未达到击穿电压值），在此电压下管子不应击穿。

最大泄漏电流IRL：在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

损坏形式

齐纳二极管和雪崩二极管在损坏后通常表现为短路状态，如果流过的短路电流持续的时间过长，管子本体和封装外壳可能被烧裂，从而呈现出开路状态。

不论是短路还是开路，管子一旦出现故障，就要及时更换 。

瞬态态抑制二极管

1、具有比较大的结面积，通流能力强；

2、管体内装有特殊材料制成的散热片（散热条件好），有利于管子吸收较大的暂态功率 ；

3、管子在抑制暂态过电压方面的特性在制造中得到了强调。

主要技术参数和选用要点

1、额定击穿电压：反向击穿电流1mA下的击穿电压。

2、最大箝位电压：管子在通过规定波形的大电流（几十至几百安）时两端出现的最高电压。

3、脉冲功率：在规定的10/1000us电流波形下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流峰值之积。

4、反向变位电压：管子在泄漏区内其两端所能施加的最大电压（临界击穿时），在此电压下管子不应击穿。

5、最大泄漏电流： 在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。

选用暂态抑制二极管的注意点：

1、根据可能出现的过电压极性，确定用单极管子还是用双极管子；

2、 管子的最大箝位电压低于被保护电子元件或设备的

耐受电压水平。

3、管子的反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，不能在系统正常运行时处于弱导通状态。如果是做保护作用所以在选项一定要将TVS

或者ZENER电压要高于工作电压，比如在很多手机客户5V充电，必须选用7V以上TVS 。如果要支持高压端充电就一定要选择12V以上充电器，考虑在一些恶劣工作环境下或者非标准充电器我们一般建议客户最好选择12V TVS做充电口电源保护。

4、估计管子在抑制暂态过电压时可能吸收的最大功率，并按照暂态电流波形的实际持续时间选择管子的脉冲功率。

几种保护元件性能的比较

放电管一般用作第一级、压敏电阻用作第一、二级，暂态抑制二极管用作最末一、二级。

一句话总结TVS与稳压管区别

TVS是在稳压管基础上发展起来的侧重瞬间浪涌泄防能力的二极管。原理一样都是利用PN结反向击穿原理，实现工艺有区别，在工艺上稳压管都是平面扩散工艺，这样掺杂精度更好控制。而TVS

则是纵向挖槽工艺，PN接有更充分的接触面积，掺杂剂量更多，但是精度控制就不是很准了。

所以TVS有更低的动态电阻，瞬间过电流能力更强。TVS就有ESD与浪涌保护能力，而稳压管ESD与浪涌能力就很低。

双向 ESD PESDHC2FD4V5BH 特性。

但是稳压管反向启动电压都有精度要求，比如我们的5.1V稳压管，行业内都有精度要求，批次之间一致性要求更高，反向击穿电压范围控制到3%-5% 之间。而TVS则没有，一个5V TVS ，VBR 从

5.5V-7.5V范围都有

。下面图是我们一个典型的充电OVP电路应用。其中物料PESDHC2FD5VBH 在其他场合我们做EOS和ESD保护，在这里作为充电OVP电路保护后端充电IC ，而该款料用来做OVP电路启动电压基准应用。所以我们就对其VBR特殊处理做了精度筛选起一个稳压管的作用。需要控制其 VBR范围。

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