稳压二极管的应用分析

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  稳压二极管又叫齐纳二极管,pn结反向击穿状态,其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。稳压管在我们的实际应用中主要起到过压保护、稳压等作用,即当输入电压大于稳压管的击穿电压时,将电压钳位在被保护器件安全的工作范围。
  一、技术分析
  1.1 稳压管分类
  按封装,可分为玻璃封装和塑料封装,其中玻璃封装分为插件和贴片,主要为LL-34和DO-35封装,如图所示。玻璃封装主要由三个部分组成,玻壳,晶片和引线。晶片由两个引线挤压物理接触,在制作过程中,芯片、玻壳和铜柱放在筛篮中,通过摇晃震动将三者结合到一起,最后通过高温固定密封。
  特点:
  1,工艺简单,成本低;
  2,晶片与引脚为面接触,可承受较大的电流冲击;
  3,芯片所处的玻璃空腔处容易进入杂质,导致出现电性能异常;
  4,圆柱体的形状,玻璃表面光滑,SMT贴片时,容易导致抛料;
  塑料封装主要有SOD-123,SOD-323。有晶片,焊线,引线和塑封料组成。芯片焊接到引线框架上,焊线连接芯片与引脚另一即,最后由塑封料密封固定。如图所示。
  特点:
  1,密封性好,可靠性较高;
  2,有利于SMT贴片和红胶工艺;
  3,工艺相对较复杂,成本较高;
  4,耐冲击较弱,导致断路现象。
  1.2 稳压管参数及特性
  稳压管中重要的四个参数,稳压值VZ,漏电流IR,耗散功率PZ、动态电阻RZ。
  稳压值VZ是指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。 当稳压值VZ>7V时,VZ具有正温度系数,反向击穿为雪崩击穿,当VZ<4V时,VZ具有负温度系数,反向击穿为齐纳击穿。当4V  漏电流IR:
  漏电流是在给定的反向电压条件下所得到的电流值。通常稳压值是在反向电流为5mA下所测试的电压值。从图4所示稳压值与漏电流的关系可知,当稳压值越小,其曲线越趋于缓和,即稳压管的漏电流比较大。在此平缓曲线区间漏电流不能管控,若稳压管工作在此区域,系统的失效率将会增加。
  耗散功率PZ为反相电流通过稳压二极管的PN结时,要产生一定的损耗,PN结温度将会升高,根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。反向工作时,PN结的功率损耗为:PZ=VZ*IZ,由PZM和VZ可以决定IZmax。由此可知,功率相同的稳压管,稳压值越高,其能承受的漏电流越小,越容易被击穿。因此,当保护电压较高时(>75V),尽量选择串联的形式,以提高可靠性。
  动态电阻RZ即稳压管单位电流的变化产生的电压的变,它是衡量稳压管的一个重要参数。稳压管的的作用就是要在流过它的电流变化时,电压不发生变化。因此它的动态电阻越小越好。
  二、稳压管应用分析
  2.1 過压保护电路
  过压保护电路即当电压超过设计电压范围,电路将会启动,使异常情况及时排除。下图4为我司常见的VOUT端的过压保护电路设计,当VOUT电压升高到最大值,稳压管击穿导通,电流通过三极管B极,保护电路启动。
  2.2 短路保护电路
  当电路中的IC或功率器件出现短路时,电路将会出现较大的负荷,稳压管击穿,并吸收了较大的电压电流尖峰,使被保护的元器件降低失效概率。
  稳压管被击穿后常见失效模式有如下:
  一种是击穿后稳压管处于短路状态,这种情况会加大一些电源负荷,一般是不会烧坏其它元件的。该情况下稳压管回路中都串联限流电阻,而且限流电阻采用的功率余量比较大,稳压管被击穿短路后不易被损坏。可选用LL-34封装作为短路保护电路中的器件。
  另外一种是击穿后稳压管处于开路状态,这种情况就很危险了,很容易损坏由此稳压管供电的其它元器件。
  2.3 稳压电路
  稳压二极管典型的直流稳压电路如图所示,未稳定的直流电压通过限流电路加到稳压二极管上,由于输入电压大于稳压管稳压值,其两端得到稳定的直流电压作为稳压管的输出电压。
  稳压管在工作过程中将会承受较大的反相电流,选型时主要考虑稳压管的功率。此外,稳压管动态电阻是衡量稳压效果的重要参数,稳压二极管动态电阻r=△V/△I,动态电阻小,相同电流变化△I引起的电压变化△V就越小,所以电压就越稳定。
  三、重点关注事项
  稳压管在应用过程中还要关注以下事项:
  1、稳压二极管在使用中一定要串联限流电阻,否则将容易被击穿。
  2、应用是要考虑稳压管周边的环境温度,以及在该温度情况下的漏电流。
  3、不能并联使用稳压管,以免因稳压管稳压值的差异造成各管电流分配不均匀,引起管子过载损坏。
  4、超过75V的保护电压,尽量选择多个稳压管串联使用。
  作者:谢龙,男,19881208,湖南湘潭,学历:本科,职称:电子工程师 、研究方向,硬件、工作单位,创维集团 、通信地址,深圳市宝安区石岩街道塘头一路创维工业园、电话 13428747941。
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