關於TVS、ESD、穩壓二極管、壓敏電阻

 

一、穩壓管和TVS管的工作原理

　　穩壓二極管(又叫齊納二極管)，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值，在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恆定。穩壓二極管是根據擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基准元件使用。穩壓二極管可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更多的穩定電壓。
　　TVS(Transient Voltage Suppresser瞬態電壓抑制器)是普遍使用的一種新型高效電路保護器件，它具有極快的響應時間(亞納秒級)和相當高的浪涌吸收能力。當它的兩端經受瞬間的高能量沖擊時，TVS能以極高的速度把兩端間的阻抗值由高阻抗變為低阻抗，以吸收一個瞬間大電流，從而把它的兩端電壓鉗制在一個預定的數值上，從而保護后面的電路元件不受瞬態高壓尖峰脈沖的沖擊。正因為如此，TVS可用於保護設備或電路免受靜電、電感性負載切換時產生的瞬變電壓，以及感應雷所產生的過電壓。
　　TVS管和穩壓管一樣，也是反向應用的。其中VR稱為最大轉折電壓，是反向擊穿之前的臨界電壓。VB是擊穿電壓，其對應的反向電流IT一般取值為1 mA。VC是最大箝位電壓，當TVS管中流過的峰值電流為IPP的大電流時，管子兩端電壓就不再上升了。因此TVS管能夠始終把被保護的器件或設備的端口電壓限制在VB～VC的有效區內。與穩壓管不同的是，IPP的數值可達數百安培，而箝位響應時間僅為1×10-12s。TVS的最大允許脈沖功率為PM=VCIPP，且在給定最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大。
　　
　　2、穩壓管和TVS管的異同
　　電子系統的應用當中，電壓及電流的瞬態干擾會經常造成電子設備的損壞，瞬態干擾的顯著特點是作用時間極短，但電壓幅度高、瞬態能量大，所以破壞性很大。為了防止這種破壞，TVS管得到了廣泛的應用，TVS(Transient Voltage Suppressor)是一種在穩壓管工藝基礎上發展起來的一高效能的電路保護器件，其電路符號和普通穩壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當TVS管兩端經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值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態高能量的沖擊而損壞。我們在一些精密電子設備中經常可以看到TVS二極管作為ESD防護的主要手段之一。
　　作為二者的共同點，它們都可以用來穩壓，並且都工作在反向截止狀態下，其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。但是TVS管齊納擊穿電流更小，大於10V的穩壓只有1mA，相對來說齊納二極管擊穿電流要大不少，但是齊納二極管穩壓精度可以做的比較高。而且TVS管強調的是瞬態響應，所以其時間參數就很重要了，也就是說穩壓二極管的響應時間通常要比TVS管的慢。同時TVS管的功率較大，而穩壓管的功率較小。
　　其次，從概念上理解，TVS管主要是防止瞬間大電壓的影響，最終可以達到穩壓的目的，這與穩壓管的作用是有區別的。

 

壓敏電阻器

壓敏電阻是電壓敏感電阻器的簡稱，是一種非線性電阻元件。壓敏電阻阻值與兩端施加的電壓大小有關，當加到壓敏電阻器上的電壓在其標稱值以內時，電阻器的阻值呈現無窮大狀態，幾乎無電流通過。當壓敏電阻器兩端的電壓略大於標稱電壓時，壓敏電阻迅速擊穿導通，其阻值很快下降，使電阻器處於導通狀態。當電壓減小至標稱電壓以下時，其阻值又開始增加，壓敏電阻又恢復為高阻狀態。當壓敏電阻器兩端的電壓超過其最大限制電壓時，它將完全擊穿損壞，無法自行恢復。

壓敏電阻器性優價廉，體積小，具有工作電壓范圍寬、對過壓脈沖響應快、耐沖擊電流能力強、漏電電流小（低於幾微安至幾十微安）、電阻溫度系數小等特點，是一種理想的保護元件，廣泛地應用在家電及其他電子產品中，常被用於構成過壓保護電路、消噪電路、消火花電路、防雷擊保護電路、浪涌電壓吸收電路和保護半導體元器件中。

壓敏電阻器的技術參數是衡量其性能優劣的重要指標。壓敏電阻器的參數有很多，其主要參數有以下幾項：

(1)標稱電壓。標稱電壓又稱壓敏電壓或基流電壓，它是指規定基准電流下壓敏電阻器兩端的電壓值。在大多數情況下，壓敏電壓值是在1mA的直流電流下測得的。

(2)通流（容）量。壓敏電阻器以規定的時間間隔和次數，通以標准的沖擊電流時，所允許通過的最大脈沖（峰值）電流值。

(3) 漏電流。指在規定溫度和規定電壓（如75%的壓敏電壓）下，流過壓敏電阻器的直流電流值。壓敏電阻器的漏電流也稱為等待電流。

(4)最大限制電壓。壓敏電阻器兩端所能承受的最大電壓值，稱為最大限制電壓。

(5) 殘壓。流過壓敏電阻器的電流為某一值時，在它兩端所產生的電壓，稱作這一電流值的殘壓。殘壓也是壓敏電阻器在通過規定波形的大電流沖擊波時，在壓敏電阻器兩端出現的最高峰值電壓。

(6) 電壓比。當壓敏電阻器通過一規定電流（如1mA）時，其兩端的電壓值與通過規定電流的10%（如0.1mA）時其兩端電壓值之比，即為電壓比。電壓比值總是大於I的，且電壓比越接近於1，非線性電壓系數值越大，表明該產品性能越好，其電壓一電流特性曲線越陡直。

(7)靜態電容。它是指壓敏電阻器本身的固有電容量。

 

TVS管是瞬態抑制二極管，具有很快的響應能力和強大的浪涌吸收能力，主要用在電源輸入端用來吸收浪涌的；而ESD是靜電放電管，主要用在關鍵引腳上起到靜電保護作用。