关于TVSESD稳压二极管压敏电阻

Posted 2021-05-07 zhiqiang_zhang

 

一、稳压管和TVS管的工作原理

　　稳压二极管(又叫齐纳二极管)，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小的数值，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。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)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钳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。
　　
　　2、稳压管和TVS管的异同
　　电子系统的应用当中，电压及电流的瞬态干扰会经常造成电子设备的损坏，瞬态干扰的显著特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态能量大，所以破坏性很大。为了防止这种破坏，TVS管得到了广泛的应用，TVS(Transient Voltage Suppressor)是一种在稳压管工艺基础上发展起来的一高效能的电路保护器件，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。我们在一些精密电子设备中经常可以看到TVS二极管作为ESD防护的主要手段之一。
　　作为二者的共同点，它们都可以用来稳压，并且都工作在反向截止状态下，其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。但是TVS管齐纳击穿电流更小，大于10V的稳压只有1mA，相对来说齐纳二极管击穿电流要大不少，但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。而且TVS管强调的是瞬态响应，所以其时间参数就很重要了，也就是说稳压二极管的响应时间通常要比TVS管的慢。同时TVS管的功率较大，而稳压管的功率较小。
　　其次，从概念上理解，TVS管主要是防止瞬间大电压的影响，最终可以达到稳压的目的，这与稳压管的作用是有区别的。

 

压敏电阻器

压敏电阻是电压敏感电阻器的简称，是一种非线性电阻元件。压敏电阻阻值与两端施加的电压大小有关，当加到压敏电阻器上的电压在其标称值以内时，电阻器的阻值呈现无穷大状态，几乎无电流通过。当压敏电阻器两端的电压略大于标称电压时，压敏电阻迅速击穿导通，其阻值很快下降，使电阻器处于导通状态。当电压减小至标称电压以下时，其阻值又开始增加，压敏电阻又恢复为高阻状态。当压敏电阻器两端的电压超过其最大限制电压时，它将完全击穿损坏，无法自行恢复。

压敏电阻器性优价廉，体积小，具有工作电压范围宽、对过压脉冲响应快、耐冲击电流能力强、漏电电流小（低于几微安至几十微安）、电阻温度系数小等特点，是一种理想的保护元件，广泛地应用在家电及其他电子产品中，常被用于构成过压保护电路、消噪电路、消火花电路、防雷击保护电路、浪涌电压吸收电路和保护半导体元器件中。

压敏电阻器的技术参数是衡量其性能优劣的重要指标。压敏电阻器的参数有很多，其主要参数有以下几项：

(1)标称电压。标称电压又称压敏电压或基流电压，它是指规定基准电流下压敏电阻器两端的电压值。在大多数情况下，压敏电压值是在1mA的直流电流下测得的。

(2)通流（容）量。压敏电阻器以规定的时间间隔和次数，通以标准的冲击电流时，所允许通过的最大脉冲（峰值）电流值。

(3)漏电流。指在规定温度和规定电压（如75%的压敏电压）下，流过压敏电阻器的直流电流值。压敏电阻器的漏电流也称为等待电流。

(4)最大限制电压。压敏电阻器两端所能承受的最大电压值，称为最大限制电压。

(5)残压。流过压敏电阻器的电流为某一值时，在它两端所产生的电压，称作这一电流值的残压。残压也是压敏电阻器在通过规定波形的大电流冲击波时，在压敏电阻器两端出现的最高峰值电压。

(6)电压比。当压敏电阻器通过一规定电流（如1mA）时，其两端的电压值与通过规定电流的10%（如0.1mA）时其两端电压值之比，即为电压比。电压比值总是大于I的，且电压比越接近于1，非线性电压系数值越大，表明该产品性能越好，其电压一电流特性曲线越陡直。

(7)静态电容。它是指压敏电阻器本身的固有电容量。

 

TVS管是瞬态抑制二极管，具有很快的响应能力和强大的浪涌吸收能力，主要用在电源输入端用来吸收浪涌的；而ESD是静电放电管，主要用在关键引脚上起到静电保护作用。