电路设计中TVS管、 ESD管和稳压二极管

1. 定义：

TVS管：TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬态电压抑制器，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。

ESD管：ESD（Electrostatic Discharge Protection Devices），静电保护元器件，又称瞬态电压抑制二极管阵列（TVS Array），是由多个TVS晶粒或二极管采用不同的布局设计成具有特定功能的多路或单路ESD保护器件，主要应用于各类通信接口静电保护，比如USB、HDMI、RS485、RS232、VGA、RJ11、RJ45、BNC、SIM、SD等接口中。

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。在工作电路中，稳压二极管一般处于一个长时间齐纳击穿状态。

2. 特点以及用途：

稳压二极管比较好理解，其利用PN结反向击穿状态，电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。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。响应速度是uS级别（貌似很快哈，但实际和TVS 和 ESD管来比，是最慢的了，差了可能不止一个数量级）。有个典型应用就是以下LDO电路（这是个简化图示，实际应该比这复杂）：

以上电路利用三极管的B极通过二极管与GND之间形成稳定电压，在此基础上再加上三极管Vbe压降约0.6V，就等于Vout的恒定电压。

TVS管和ESD管是我们比较容易混淆的，也都是利用PN结反向击穿状态对器件做保护作用，在一些低频且小功率范围内使用时候，这两个确实也可以不做区分使用。但是这两个在还是有明显区别的。

TVS管：钳位响应时间在pS级别；能够吸收能量也比较大。常使用功率等级有200W、400W、500W、600W、1000W、1500W、3000W、3600W、4600W、5000W、6000W及以上；常使用场合是在中低频、高电压场合，最典型的就是浪涌保护。

ESD管：响应时间nS级别；ESD管功率小，常用功率有50W、90W、100W、200W、350W、400W、450W、500W。常使用在高频、超高频低的数据传输接口电路上，主要就是用来防静电损害集成芯片等。

3. 参数以及选型：

3.1 稳压二极管选型：

Uz：稳定电压，选型时要考虑需要稳定的电压范围,即设定稳定电压的值.这个值应该与电路需求的电压匹配，过低或过高都会对电路产生不良影响。

Iz：反向漏电流，指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。此最大稳定电流应该要大于应用电路中最大电流的50%以上。

Pz：额定功耗，由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。

稳压二极管是可以串联使用，若无高稳压值的稳压二极管时，可用几只稳压值较低的稳压二极管串联使用。其实当今集成电路像LDO和DCDC成本越来越低，针对负载功耗比较大的电路，已经很少使用稳压二极管来输出一个稳定电压。

3.2 TVS管：

主要参数如下：

Vdrm：最大额定工作电压。也可被认为是所保护电路的最大工作电压。选型时候 Vdrm一定要大于电路的最大工作电压，即Vdrm>Vdc工作电压。如果用于交流，则是 Vdrm>1.414*Vac工作电压。

Vbr：击穿电压，TVS在此时阻抗骤然降低，处于雪崩击穿状态。

Vc：最大钳位电压，处于这个电压，如果这个值电压持续存在或者增加，TVS管就很可能被烧坏。选型时候，Vc<被保护电路的最大耐受电压。

Ipp： 峰值脉冲电流，即TVS管能承受最大电流。选型时候，这个电流值Ipp>做浪涌测试时候电流。

3.3 ESD管

ESD管常使用于比较高频的信号线上，保护器件免受静电破坏。除了要像TVS管注意事项意外，为避免电容特性对电路中信号质量的影响，ESD 保护组件的线路电容要够低。如USB2.0需要用小于3pF， USB3.0需要用小于0.3pF，10/100M LAN 需要用小于3pF的ESD保护 元件...

如果不是高频信号线，也可以使用RC电路来代替ESD器件，这边套用网上一个说法：