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基础的东西说多少遍都不多,最近评审一个原理图,到底用TVS还是稳压管?

6月前浏览586
最近帮一个朋友评审原理图,他设计了一张板卡,电源入口是DC12V输入。我看他的原理图上,在电源入口位置放了一颗12V的TVS管,用来做输入过压保护,实际上他焊接的是12V的稳压二极管。

这里其实是有问题的,很多人觉得TVS和稳压管都是二极管,都能钳位电压,那是不是可以随便换?今天咱们就借这个话题,把TVS管、稳压二极管和ESD静电管这三样东西好好捋一捋。

01

先从稳压二极管说起

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。

02

再说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

03

最后说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。

04

小结

所以,回到开头的问题:电源入口12V输入,用TVS还是稳压管?相信大家心里已经有数了。

如果是TVS管放在这里,浪涌来的时候,TVS管会瞬间导通,把电压钳在12V左右,把浪涌电流泄放掉。TVS管的功率够大,能扛住这个能量,浪涌过去之后,TVS管恢复,不影响正常工作。

但如果换成稳压二极管,情况就不一样了。稳压二极管的功率通常只有几百毫瓦,扛不住浪涌的能量。浪涌一来,稳压管可能直接就烧了,要么短路要么开路。如果它短路了,输入电源就短路了,前面可能还会烧保险或者烧电源适配器。如果它开路了,那后级电路就没有任何保护了,浪涌直接打进去,后面的芯片也危险。

今天的分享就到这里,咱们下期再见。


来源:硬件笔记本
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首次发布时间:2026-04-13
最近编辑:6月前
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