稳压二极管、TVS、ESD静电管的区别和应用场景

稳压二极管也叫齐纳二极管它的设计初衷就是用来稳压的。什么叫稳压就是你给它一个变化的输入电压它能在一定范围内给你输出一个相对固定的电压。咱们看一下它的工作方式。稳压二极管是工作在反向击穿区的。当你给它加反向电压电压没到它的击穿值之前它基本不导通只有很小的漏电流。一旦电压超过那个击穿值它就突然导通了而且导通之后两端的电压就基本稳定在那个击穿值附近不再随电流增大而明显升高。这个稳定的电压就是它的稳压值。稳压二极管有一个很重要的特点就是它可以长时间工作在击穿状态。比如说你用一个15V的稳压管给它串联一个合适的限流电阻然后接在24V的电源上这个稳压管会一直导通一直把电压稳定在15V附近后级的电路就能得到一个稳定的15V电源。但稳压二极管也有它不适合干的活儿。它的功率通常不大一般的小封装也就几百毫瓦大一点的SMA封装也就一两瓦。如果你让它长时间导通大电流它会发热发热之后稳压值会漂温度系数这个参数说的就是这个。而且它不擅长扛瞬态的大能量冲击比如雷击、开关浪涌这些东西能量太大它扛不住。所以稳压二极管适合的场合是那些需要持续稳压的地方比如给一个芯片供电、给MOS管的栅极做电压钳位、做一个简单的电压基准它不是用来扛浪涌的。TVS管TVS管全称是瞬态电压抑制二极管它的设计目标很明确就是用来扛浪涌的。浪涌是什么就是那种突然出现的、能量比较大的电压尖峰比如雷击、大电机启动或关断、电源线上有感性负载开关的时候都会产生浪涌。TVS管的工作方式和稳压管有点类似也是反向击穿后钳位电压。但它的设计侧重点完全不一样。TVS管的结面积做得比较大这样它就能在瞬间通过很大的电流把大能量的浪涌泄放掉。它的峰值脉冲功率可以做到几百瓦、几千瓦甚至上万瓦稳压管根本比不了。而且TVS管是专门为瞬态事件优化的。它的响应速度足够快能跟上us级的浪涌波形它的钳位电压比较平坦在大电流下也能把电压控制在一个相对稳定的范围内它还能通过IEC 61000-4-5雷击浪涌测试、IEC 61000-4-4电快速瞬变脉冲群测试这些标准测试。但TVS管有个特点它不擅长长时间工作。它是为瞬态设计的浪涌来了它瞬间导通把能量泄掉然后就恢复。如果你让它像稳压管那样长时间导通它会过热损坏。所以TVS管不能代替稳压管来做持续稳压。TVS管适合的场合就是那些容易遭受浪涌冲击的地方比如设备的电源入口、汽车电子、工业设备、户外设备。这些地方都需要TVS管来扛第一道冲击。关于TVS二极管更多内容请参见我之前的文章两起产品事故让我对TVS产生了敬畏之心ESD静电管ESD静电管它的设计目标是专门对付静电的。静电和浪涌不一样静电的特点是电压极高几千伏甚至上万伏但能量很小时间极短就几个纳秒。这种高压对芯片来说是致命的但能量小所以不需要像TVS那样做很大面积的结。ESD管最关键的参数之一是电容。因为它经常挂在高速数据线上比如USB、HDMI、以太网这些接口如果电容太大高速信号就会被衰减、失真导致通信出问题。所以ESD管的电容通常做到几皮法甚至更低这样才能不影响信号质量。ESD管的另一个特点就是响应速度极快纳秒级的静电脉冲它能跟得上。它也专门过IEC 61000-4-2静电测试标准这个标准分接触放电和空气间隙放电两种方式都是模拟真实环境里的静电事件。ESD管不适合用在电源入口因为它的功率太小扛不住浪涌。它也不适合做稳压因为它根本就不是为持续导通设计的。它最适合的地方就是各种数据接口的保护比如USB口、网口、CAN总线、音频接口这些地方。