稳压管与TVS管有什么区别？

摘要：我们在电路中经常会看到如下图所示的二极管符号，很多人一看就说这是稳压管，用来稳定电压的。但是有的同学说这是 TVS管，是用来防止瞬间电压干扰的。这个符号到底是稳压管还是TVS管？这两种电子元件有什么相同和区别之处呢？

我们在电路中经常会看到如下图所示的二极管符号，很多人一看就说这是稳压管，用来稳定电压的。但是有的同学说这是 TVS管，是用来防止瞬间电压干扰的。这个符号到底是稳压管还是TVS管？这两种电子元件有什么相同和区别之处呢？

稳压管orTVS?

1. 稳压管

二极管具有单向导电性，当外部施加正向电压时导通，当外部施加反向电压时不导通。但是当反向电压很大，超过了它的反向击穿电压阈值时， PN结内部产生载流子倍增效应，就会因反向击穿而导通。

二极管的伏安特性曲线示例

反向击穿有两种情况：

第 1种是电击穿，就是反向电压很大，但是电流不大，这时候二极管虽被击穿但是并没有损坏，反向电压没有了之后二极管还可以正常工作；

第 2种是热击穿，就是不仅反向电压很大，反向电流也很大，大电流会导致二极管内部温度急剧上升同时产生大量的热量，这些热量会将二极管的内部材料烧毁，造成永久损坏。

1.1齐纳击穿与雪崩击穿

我们当然不希望二极管产生永久损坏，所以应用设计时会尽量让二极管工作在电击穿的状态，而电击穿又细分为两种类型：

第一种是齐纳击穿，齐纳击穿的特点是 PN结高掺杂，耗尽层薄，击穿电压低；

第二种是雪崩击穿，雪崩击穿的特点是 PN结低掺杂，空间电荷区较宽，击穿电压高；

也就是说齐纳击穿发生在较低电压下，雪崩击穿则需要较高的电压才会发生，虽然两者都不会造成永久损坏，但是在齐纳击穿时，电流迅速增加但电压相对稳定，影响较小，可以长时间使用；而在雪崩击穿时，电流随电压呈指数增长，对器件的性能和稳定性影响较大，不适合连续长时间使用。

稳压二极管的工作原理就是基于齐纳击穿效应，所以稳压管又叫做齐纳二极管，稳压二极管采用特殊的掺杂工艺，使 PN结更薄，反向击穿时的动态电阻极小，制造时反向击穿电压大小可控，通过合理的散热设计，可确保稳压管在反向击穿区稳定工作，电压基本恒定不变。

稳压管的伏安特性曲线示例

通过两种管子的伏安特性曲线对比可以看出，普通二极管和稳压管的伏安特性曲线的正向特性差不多，但是反向特性是不同的。

普通二极管的反向击穿电压曲线的斜率相对较小，所以坡度相对平缓，导致反向击穿后电流增大时，电压也会随之增大，也就是没有稳压的功能。 ‌‌

而稳压管的反向击穿电压曲线的斜率很大，坡度很陡，电流升高的同时，电压却很稳定，说明它的动态电阻极小，稳压性能强。

1.2稳压管的应用

稳压二极管可以根据反向击穿电压大小来区分型号，比如 3.3V、5.1V、12V、18V等等，一般小于40V的称为低压稳压二极管，大于200V的称为高压稳压二极管。

稳压二极管可用于保护电源线、电源控制线，比如电源输入端的稳压保护。

电源输入端稳压电路示例

如上图所示，控制器的电源通常来自车辆的直流电源，比如车辆的直流电源是 12V，控制器的工作电压是5V，就需要利用DCDC芯片把12V转化为5V。

而这个输入的直流电压是不稳定的，会产生浪涌的过电压，此时加入稳压管，可以将电压钳位，削去电压的峰值。从而保护后面的 DCDC芯片。

稳压管也可以用于恒压电路，如下图所示：

串联型稳压电路

上图中，假如负载 RL需要的工作电压Vo是6.3V，而电源电压是12V。

则输入电压 12V与电阻R1和稳压管 Z1串联接入地后，由于 Z1的工作电压是7V,12V电源接入后，稳压管Z1反向导通，三极管 Q1 的基极就被稳压管 Z1 钳定在 7V 。

也就是 V b =7V, 那么其发射极电压 V b -V be =7-0.7=6.3V,所以Vo 就会输出恒定的 6.3V电压。也就是无论输入电压如何变化，比如输入端在 9-16V间变化，输出端Vo都是6.3V不变，这就是恒压电路。

稳压管还可以用于恒流电路，如下图所示：

稳压管恒流电路

如上图所示，稳压管 Z1的工作电压是3.3V，MCU输出高电平时，三极管 Q 1导通，而稳压管Z1也同时导通。

因此三极管 Q1的基级电压 U b 会被限定在稳压二极管 Z1 工作电压 3.3V，因此输出端的下拉电阻 R 2两端的电压 U e 等于 U b 减去三极管基级与发射级的导通压降 U be ( 0.7V ) ，即 U e =U b - U be =3.3- 0.7 =2.6V。

由于这个电压 Ue 保持恒定不变，所以流过电阻 R 2 的电流 Ic=Ue/R2不变，而流过负载RL的电流与R2是同一个电流Ic, 也就是说 R L 负载的电流也会保持不变。这个电路的特点就是即使 VCC电源变化时，也会一直保持负载电流恒定不变，这就是恒流电路。

2. TVS管

TVS(Transient Voltage Suppressor)称为瞬态电压抑制器，从名字上可以看出，它的主要作用是为了吸收瞬态高能量脉冲，抗瞬态干扰。瞬态干扰的显著特点是作用时间极短，但电压幅度高、瞬态电压和电流很大，所以破坏性很大。

前面说了，齐纳击穿时，电流迅速增加但电压相对稳定，对器件的性能影响较小，稳压管就是利用了这一特性，可以连续工作在稳压状态。

而在雪崩击穿时，电流随电压呈指数增长，对器件的性能和稳定性影响较大， TVS不需要连续稳压，只要能瞬时承受大电流即可，所以TVS管是利用了雪崩击穿效应制作而成，因此，TVS管也称为雪崩击穿二极管。

TVS管抑制瞬态电压

TVS管和稳压管的电路符号相同，外形也与普通二极管无异，所以单从电路符号和外形上是无法区分的。

但两者的性能不同， TVS管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 管能以极高的速度把阻抗值由高阻抗变为低阻抗，便于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，以及感应雷电所产生的过电压。

2.1双向TVS管

稳压管 ‌主要用于固定电压控制场景，如稳压电路，无需双向防护，所以只有一种，就是单向的稳压二极管。而 TVS管常用于信号传输线路或交流 /直流混合电路，需同时防护正负向的瞬态过压，所以分为单向 TVS 管和双向 TVS 管两种。

单向与双向

TVS管符号

单向 TVS管的符号与稳压管完全相同，双向 TVS管相当于两个单向 TVS管背靠背串联。

双向 TVS管可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向 TVS管适用于交流电路，单向TVS管一般用于直流电路。

双向 TVS管的V-I特性曲线，其正反两个方向都具有相同的雪崩击穿特性和箝位特性。

2.2TVS管的参数

TVS管的参数主要涉及到 V RWM 、I R 、V BR 、I PP 、V C 、Cj 这 6 个参数。其中的 V C 是箝位电压，也是最主要的参数，一旦加在它两端的干扰电压超过箝位电压 Vc就会立刻被抑制掉。

各个参数的说明如下：

1）反向截止电压 V RWM ：低于该参数时 TVS 不会导通，设计电路的额定工作电压应当低于这个参数。

V RWM 比被保护电路的额定工作电压越大， TVS 二极管的漏电流就会越小。反之， V RWM 越小，TVS 二极管的 箝位电压 V C 就会越小，对于后级电路的保护效果会相对更好。所以 V RWM 的选择既不能太大，也不能太小，通常为工作电压的1.1-1.2倍之间，比如工作电压为5V，则V RWM 可选择 5.5-6之间。

2）反向漏电流 I R ：当工作在低于反向截止电压 V RWM 的时候，TVS 所承受的最大反向电流。也就是说如果向 TVS 两端施加电压 V RWM ，此时通过的电流就是 TVS 的漏电流 I R 。通常情况下，这个参数小于 0.1uA 微安。

3）击穿电压 V BR ：即 ESD 防护生效的电压，只要超过该参数，TVS 二极管就会击穿导通。导通时间一般不会超过 400 毫秒，避免较大电流损坏元器件。

4）脉冲峰值电流 I PP ：峰值反向脉冲电流是指 TVS 按照 IEC61000-4-5:2014 或者 GB/T 17626.5-2019 标准，使其工作在规定的 8/20 微秒或 10/1000 微秒的脉冲波形下，此时 TVS 所允许通过的最大峰值电流。也就是达到箝位电压 V C 的时候，通过 TVS 二极管的电流，超过该参数会导致 TVS 的损毁。

5）箝位电压 V C ：即通过峰值脉冲电流 I PP 的时候，TVS 两端产生的峰值电压。

V C 应当小于被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，否则当 TVS 处于箝位状态的时候， V C 会损坏后级的被保护电路。

I PP 以及 V C 这两个参数相互联系，主要用于衡量 TVS 抵抗浪涌脉冲电流以及限制电压的能力。 I PP 越大耐电流冲击能力越强， V C 越小说明 TVS 的箝位特性越好。

6）脉冲峰值功率 Ppp：即箝位电压 V C 与峰值脉冲电流 I PP 的乘积，超过该参数同样会造成 TVS 二极管的损毁。该参数越大， TVS 二极管所能够承受的冲击能量就会越大，但是封装尺寸就会更大，相应的价格也就会越高。

7）结电容 Cj：即 TVS 当中的寄生电容，高速电路设计过程当中，需要重点关注这个参数，通常信号速度越高，结电容越小，结电容过大会影响到信号的完整性。

2.3 TVS管的应用

车辆中，当汽车启动时，会产生很大的浪涌电压。对于此类过压电源的保护，也可以采用 TVS管去保护。

TVS可以放置在电源入口端，用于吸收电源线上的瞬态过电压，保护后续电路免受损坏，如下图所示。

电池电源输入电路示例

一般应保证 TVS管应工作在后端电源芯片器件的正常电压以上，最大工作电压以下。

在车辆的 CAN通信中，也会存在浪涌电压和ESD干扰，尤其是电路中有共模电感时，共模电感在工作时因为电感式反激会产生极高的瞬态电压，这个瞬态电压产生在共模电感的输入端，也就是位于共模电感和收发器之间，这个瞬态电压处理不好会对收发器造成损伤，所以需要在两者之间加上 TVS管作为瞬态保护器，保护收发器免受高脉冲破坏。