BMS上的穩壓二極體應用場合介紹

2021-01-08 OFweek維科網

最近遇到了穩壓二極體漏電流偏大的案例,問題還在持續分析中,藉助這個由頭,總結下穩壓二極體方面的基礎知識。(圖片來源於VISHAY官網)

穩壓二極體的工作原理

定義:穩壓二極體,英文名稱Zener diode,又叫齊納二極體;穩壓二極體是二極體中的一種,由矽材料製成,也是一個PN結,但是由於製造工藝不同,當這種PN結處於反向擊穿狀態時,PN結不會損壞,並且當電流在一定範圍變化時,穩壓值幾乎不變;穩壓二極體就是利用這種反向擊穿特性。(圖片來源於VISHAY官網)

進一步地,穩壓值在4V以下的管子屬於齊納擊穿(可恢復),為負溫度係數;而穩壓值在7V以上的管子屬於雪崩擊穿(也可恢復),為正溫度係數;4V～7V之間的穩壓管,溫度係數非常小,齊納擊穿與雪崩擊穿可能都存在;穩壓管在正嚮導通時為負溫度係數。(關於電壓劃分的邊界值,說法並不統一,有5V的、有6V的,不過基本都很接近)

下圖為穩壓管的伏安曲線,可以分為4個區域。

正嚮導通區域與普通二極體特性相同,PN結正向偏置。

當施加反向電壓在穩壓管兩端,電壓VR由0逐漸增大,就進入了截止區域,這個區域中穩壓管不工作,會存在很小的漏電流IR。

當反向電壓增加到VBR後,穩壓管的漏電流開始迅速增大,穩壓管開始進入了擊穿區域;反向電壓達到VZ後,即使大幅度增加反向電流(從IZT到IZM),穩壓值卻變化很小(VZ到VZM),這個就是我們想要的穩壓狀態。

繼續增大反向電壓超過VZM後,穩壓管上面的功率會出現超出最大限制值,進而結溫過高而燒毀。

上面是科普文章中都會介紹的基本原理,在BMS中主要有如下幾個地方應用穩壓管。

BMS上面應用穩壓管的地方

電壓基準源

例如大家熟悉的ADR504X系列,基本原理就是穩壓管擊穿後穩壓。

需要注意的是,這裡的應用場景需要穩壓管持續工作在擊穿狀態,而且電壓變化不能很大,以提供一個幾乎恆定的基準電壓,這就要求ADR504X工作在一定的電流區間內(50uA～15mA),電流太大了會燒毀穩壓管;電流太小了電壓值不穩定,稍微電流值有點變化,就會導致穩壓值跳動;而且還要考慮負載的大小以及外部供電電壓的大小,折中選取一個符合要求的限流電阻。

MOS管或MCU輸入保護

這種用法就比較常見了,MOS管的柵極-源極之間為了防止過壓而並聯一個穩壓管,如下圖所示;在單板正常工作時這個穩壓管是處在反向截止狀態下的,只有出現異常浪湧電壓時,穩壓管才會被擊穿,將柵極-源極之間電壓鉗位住。

還有就是主控板上單片機的AD口或IO口處,會放置一個穩壓管作保護。

因為這些場景下的保護,不需要穩壓管擊穿後的電壓多麼穩定,只要不超過被保護器件的極限電壓即可,所以穩壓管前面的限流電阻在選取時,大小其實大家都沒怎麼仔細關注,有點憑感覺的哈。

AFE的輸入防護電路

這個用法也是很常見的,例如ADI早期的LTC68XX系列的AFE,基本都會建議在採樣通道上面並聯一個穩壓管,來實現熱插拔的防護;這裡的穩壓管不僅實現了電壓鉗位,而且也有分流功能,讓一部分本來需要從AFE內部流過的電流,而從穩壓管流過,降低了內部燒毀的風險。

目前很多廠家的AFE都不需要增加這個穩壓管了,而且我們從成本出發也是不想加,不過這個穩壓管的防護作用是真實存在的;我之前體會過它的重要性,在某個應用下,沒有這個穩壓管的話,AFE就很容易熱插拔燒毀,你會聽到細小斷裂的聲音,然後就冒煙了。

總結:

最近沒啥感悟,不多說了;以上所有,僅供參考。

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    穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更高的穩定電壓。穩壓二極體特性及工作原理穩壓二極體是電子電路中常用的一種二極體，是一種用於穩定電壓，且工作在反向擊穿狀態下的二極體。穩壓二極體的正向特性和普通二極體差不多。其反向特性是在反向電壓低於反向擊穿電壓時，反向電阻很大，反向漏電流極小。
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    在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數值，在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恆定，穩壓二極體是根據擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更高的穩定電壓。
  • 穩壓二極體的原理,具體應用電路又是什麼樣的?
    這就是穩壓管穩壓原理。所以我們應用的就是他的反向特性。，從伏安特性曲線可以看出，反向擊穿後，電流理論上可以變得很大，但是由於二極體本身溫度和功率限制，所以電流有一個允許最大通過電流，設計時可按照穩定電壓值的2倍時的流過的電流進行設計選型。
  • TVS二極體為什麼陰極接在電路正極?與穩壓二極體有何不同
    一、什麼是TVS二極體二極體有很多，對於普通的二極體大家應該都很熟悉，但是對於有些用在特殊場合的二極體可能比較陌生，那麼什麼是TVS二極體呢，為什麼在接入電路時候二極體的陰極要接在電源的正極？雖然TVS管類似於穩壓二極體，但是兩者也不完全一樣，就比如PN結，TVS二極體比穩壓二極體組成的PN結面積大，因此它能承受的反向電流也就比穩壓二極體的大，TVS二極體正向浪湧電流甚至能達到上百安，例如對於TVS二極體5KP54，它的最大脈衝電流可達到50A，這是穩壓二極體不能比擬的，另外TVS二極體瞬時脈衝功率高達千瓦級別，而穩壓二極體功率一般也就幾瓦。
  • 穩壓二極體
    穩壓二極體是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件，在臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數值。在這個低阻區中，電流增加而電壓保持恆定，穩壓二極體是根據擊穿電壓來分檔的，因為這種特性，故穩壓二極體主要被作為穩壓器或電壓基準器件使用。
  • 穩壓二極體的作用
    ，簡稱穩壓管，又叫齊納二極體。穩壓二極體是利用PN結反向擊穿電壓基本上不隨電流變化的現象製作的、起電壓穩定作用的晶體二極體。穩壓二極體在這臨界擊穿點上，反向電阻迅速減小，在這個低阻區中電流增加而電壓則保持恆定，因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。
  • 穩壓二極體原理及使用
    正是利用了這個特性人們才造出了穩壓二極體。使用穩壓二極體的關鍵是設計好它的電流值。穩壓二極體的特點就是擊穿後，其兩端的電壓基本保持不變。 這樣，當把穩壓管接入電路以後，若由於電源電壓發生波動，或其它原因造成電路中各點電壓變動時，負載兩端的電壓將基本保持不變。
  • 穩壓二極體原理及使用_穩壓二極體怎麼使用(方法)
    穩壓管的反向擊穿電壓稱為穩定電壓，不同類型穩壓管的穩定電壓也不一 　　樣，某一型號的穩壓管的穩壓值固定在口定範圍。例 如：2CW11的穩壓值是3.2伏到4．5伏，其中某一隻管子的穩壓值可能是3．5伏，另一隻管子則可能是4，2伏。 　　在實際應用中，如果選擇不到穩壓值符合需要的穩壓管，可以選用穩壓值較低的穩壓管，然後串聯幾隻矽二極體「枕墊」，把穩定電壓提高到所需數值。