快恢復(fù)二極管和TVS管-快恢復(fù)二極管和TVS管的區(qū)別、選型及特點(diǎn)介紹-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-11
快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱FRD）是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。
快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管（亦稱雙管）兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復(fù)二極管（單管）的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型（共陰對(duì)管）、MUR1680A型（共陽(yáng)對(duì)管）超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝，幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量（幾百安～幾千安）的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。
（1）有些單管，共三個(gè)引腳，中間的為空腳，一般在出廠時(shí)剪掉，但也有不剪的。
（2）若對(duì)管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。
（3）測(cè)正向?qū)▔航禃r(shí)，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測(cè)試電流太小，遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流，故測(cè)出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測(cè)量，正向電阻就等于2.2kΩ，此時(shí)n′=9格。由此計(jì)算出的VF值僅0.27V，遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。
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Part Number |
IF（A） |
VRM（v） |
VF@IF（V） |
TRR（note1）（ns） |
Package |
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KIA04TB60 |
4 |
600 |
1.3 |
35 |
TO-92、252 |
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KIA05TB40 |
5 |
400 |
1.3 |
50 |
TO-252 |
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KIA05TB60 |
5 |
600 |
1.3 |
35 |
TO-92、252 |
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KIA06TB60D |
6 |
600 |
1.65 |
25 |
TO-252 |
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KIA06TB60B |
8 |
600 |
2.2 |
30 |
TO-220、252、263 |
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KIA08TB70D |
8 |
700 |
1.7 |
25 |
TO-220、252、263 |
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KIA10TB60 |
10 |
600 |
1.4 |
30 |
TO-220 |
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KIA15TB60 |
15 |
600 |
1.3 |
30 |
TO-220 |
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KAI18TB40 |
18 |
400 |
1.1 |
30 |
TO-220 |
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KIA20TB40 |
20 |
400 |
1.6 |
20 |
TO-220 |
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KIA30TB40D |
30 |
400 |
1.5 |
27 |
TO-3P-2 |
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KIA30TB20 |
30 |
200 |
0.95 |
30 |
TO-3P |
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KIA30TB60 |
30 |
600 |
1.5 |
30 |
TO-247 |
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KIA40TB40 |
40 |
400 |
1 |
30 |
TO-247 |
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KIA60TB20 |
60 |
200 |
1.1 |
22 |
TO-3P |
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KIA60TB30 |
60 |
300 |
1.8 |
22 |
TO-3P |
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KIA60TB60 |
60 |
600 |
1.3 |
40 |
TO-247 |
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KIA60TB170 |
60 |
1700 |
2.7 |
150 |
TO-247 |
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KIA75TB120 |
75 |
1200 |
2.1 |
150 |
TO-247 |
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KIA100TB120 |
100 |
1200 |
2.5 |
150 |
TO-247 |
TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新產(chǎn)品，其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無(wú)異，當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度（最高達(dá)1*10^-12秒）使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。 TVS的反應(yīng)速度比RC回路快10E-12s，可不用考慮TVS的擊穿電壓VBR，反向臨界電壓VWM，最大峰值脈沖電流IPP和最大箝位電壓VC及峰值脈沖功率PP. 選擇VWM等于或大于電路工作電壓，VC為小于保護(hù)器件的耐壓值，能測(cè)量最好（IPP），或估計(jì)出脈沖的功率，選功率較大的TVS。
最大反向漏電流ID和額定反向關(guān)斷電壓VWM。VWM是TVS最大連續(xù)工作的直流或脈沖電壓，當(dāng)這個(gè)反向電壓加入TVS的兩極間時(shí)，它處于反向關(guān)斷狀態(tài)，流過(guò)它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。
最小擊穿電壓VBR和擊穿電流IR。VBR是TVS最小的雪崩電壓。25℃時(shí)，在這個(gè)電壓之前，TVS是不導(dǎo)通的。當(dāng)TVS 流過(guò)規(guī)定的1mA電流（IR）時(shí)，加入TVS兩極間的電壓為其最小擊穿電壓VBR。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把TVS分為±5%VBR和±10% VBR兩種。對(duì)于±5%VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.85VBR；對(duì)于±10% VBR來(lái)說(shuō)，VWM=0.81 VBR。
最大箝位電壓VC和最大峰值脈沖電流。IPP當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20微秒的脈沖峰值電流IPP流過(guò)TVS時(shí)，在其兩極間出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。它是串聯(lián)電阻上和因溫度系數(shù)兩者電壓上升的組合。VC 、IPP反映了TVS器件的浪涌抑制能力。VC與VBR之比稱為箝位因子，一般在1.2~1.4之間。電容量C 是TVS雪崩結(jié)截面決定的、在特定的1MHZ頻率下測(cè)得的。C的大小與TVS的電流承受能力成正比，C過(guò)大將使信號(hào)衰減。因此，C是數(shù)據(jù)接口電路選用TVS的重要參數(shù)。
最大峰值脈沖功耗PMPM是TVS能承受的最大峰值脈沖耗散功率。其規(guī)定的試驗(yàn)脈沖波形和各種TVS的PM值，請(qǐng)查閱有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)。在給定的最大箝位電壓下，功耗PM越大，其浪涌電流的承受能力越大；在給定的功耗PM下，箝位電壓VC越低，其浪涌電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重復(fù)的，器件規(guī)定的脈沖重復(fù)頻率（持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比）為0.01%，如果電路內(nèi)出現(xiàn)重復(fù)性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的“累積”，有可能使TVS損壞。箝位時(shí)間TCTC是從零到最小擊穿電壓VBR的時(shí)間。對(duì)單極性TVS小于1&TImes;10-12秒；對(duì)雙極性TVS小于是1&TImes;10-11 秒。
（1）TVS管在TN電源系統(tǒng)的應(yīng)用
雷電過(guò)電壓波、負(fù)載開(kāi)關(guān)等人為操作錯(cuò)誤引起的過(guò)電壓容易通過(guò)供電線路侵入電氣電子設(shè)備內(nèi)部，造 成電氣電子設(shè)備失效、誤動(dòng)作，甚至造成設(shè)備的永久性損壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS，實(shí)施兩級(jí)保護(hù)，并對(duì)L、N 線進(jìn)行共模、差模保護(hù)。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級(jí)SPD保護(hù)，泄放大部分雷電流，在線路的末端（設(shè)備前端）安裝大功率TVS管作為第二 級(jí)SPD保護(hù)，進(jìn)一步削弱過(guò)電壓波幅值，將電網(wǎng)電壓降至E/I安全耐壓范圍之內(nèi)。要注意的是，MOV與TVS應(yīng)達(dá)到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合，AB之間的線 路長(zhǎng)度不應(yīng)小于5 m，否則應(yīng)增加線路長(zhǎng)度或安裝退耦器件。
（2）TVS管在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線路的應(yīng)用
TVS管不僅可以用于電源系統(tǒng)的浪涌防護(hù)，還可以用于信號(hào)線路的浪涌保護(hù)，采用氣體放電管GDT與TVS管組合成信號(hào)浪涌保護(hù)器，其特點(diǎn)是反應(yīng)快，漏流小，幾乎對(duì)信號(hào)無(wú)損耗，可以對(duì)高速網(wǎng)絡(luò)線路提供安全、可靠的保護(hù)。
（3）TVS管在直流電源系統(tǒng)的應(yīng)用
一臺(tái)普通PC電腦的供電電源電路，市電AC 220 V經(jīng)過(guò)變壓器降壓至AC 20 V，再經(jīng)調(diào)制整流電路，輸出DC 10 V 直流電源，接入負(fù)載。通過(guò)在變壓器輸出端安裝雙向瞬態(tài)電壓抑制器TVS1，吸收L 及N 線的瞬時(shí)沖擊脈沖電流，將電路電壓箝制在安全電壓水平，TVS1可以保護(hù)變壓器后端整流器及其他電路元器件。在整流器后的直流電源輸出端安裝單向瞬態(tài)電壓 抑制器TVS2，用于保護(hù)直流負(fù)載免受過(guò)電壓電電流沖擊。
（4）TVS管在晶體管電路的應(yīng)用
晶體三極管作為電流控制型器 件，是電子集成電路中的重要組成部分，可分為NPN 管和PNP 管兩類，應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電路、放大電路和穩(wěn)壓電路。為了使晶體管電路免受ESD/EFT（靜電放電/電快速瞬變脈沖群）等浪涌電壓的干擾，在電路的輸入 端和輸出端分別加入TVS1、TVS2進(jìn)行保護(hù)。
快恢復(fù)二極管和tvs管不可以是兩個(gè)完全不同性質(zhì)的元件，絕對(duì)不可以互換。TVS是瞬間過(guò)壓保護(hù)元件，無(wú)法承受工頻電流，只能用在瞬間過(guò)壓保護(hù)電路中。快恢復(fù)二極管用在高頻等電路整流濾波的地方，壓降小，速度快，發(fā)熱量也小，比如開(kāi)關(guān)電源電路中等。瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）是用來(lái)消除電壓尖脈沖的，保護(hù)電路用的，比如接在數(shù)據(jù)接口用來(lái)防雷擊，電壓波動(dòng)等。
TVS常用作電壓鉗位與穩(wěn)壓二極管一樣用，只不過(guò)其能承受的瞬間功率非常大，如1.5KE200可以承受瞬間1.5KW的功率，原理上應(yīng)該是工作于擠納擊穿；(超)快速恢復(fù)管講的是二極管工作時(shí)電子空穴的恢復(fù)快慢，一般工作于正象偏壓，經(jīng)常應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源整流等高頻信號(hào)場(chǎng)合，如FR107，4148，F(xiàn)4007等都是快速恢復(fù)管(一般情況下反向恢復(fù)時(shí)間都不超過(guò)150ns；4148又叫做開(kāi)關(guān)二極管，只因?yàn)樗姆聪蚧謴?fù)時(shí)間很端——只有4ns)；另在開(kāi)關(guān)電源整流中還有一種最常用的，叫做“稍特基管”的二極管，此類管子不存在電子空穴的問(wèn)題，也不存在反向恢復(fù)時(shí)間。
TVS型二極管和快恢復(fù)二極管在電路中都是用來(lái)作穩(wěn)壓用，但工作機(jī)理不同。 TVS型二極管是一種壓敏二極管，是根據(jù)它的端電壓的變化來(lái)改變它的電阻值達(dá)到穩(wěn)壓作用。快恢復(fù)二極管是一種齊納二極管，即“雪崩”二極管，當(dāng)它的端電壓超過(guò)它的閥值時(shí)，PN結(jié)擊穿來(lái)改變它的反向電阻來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓作用。兩者的工作機(jī)理完全不同，接法也不同，在電路中不能直接代換。
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