BMS上的穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用場合

最近遇到了穩(wěn)壓二極管漏電流偏大的案例，問題還在持續(xù)分析中，借助這個(gè)由頭，總結(jié)下穩(wěn)壓二極管方面的基礎(chǔ)知識(shí)。

穩(wěn)壓二極管的工作原理

定義：穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管；穩(wěn)壓二極管是二極管中的一種，由硅材料制成，也是一個(gè)PN結(jié)，但是由于制造工藝不同，當(dāng)這種PN結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)時(shí)，PN結(jié)不會(huì)損壞，并且當(dāng)電流在一定范圍變化時(shí)，穩(wěn)壓值幾乎不變；穩(wěn)壓二極管就是利用這種反向擊穿特性。

進(jìn)一步地，穩(wěn)壓值在4V以下的管子屬于齊納擊穿（可恢復(fù)），為負(fù)溫度系數(shù)；而穩(wěn)壓值在7V以上的管子屬于雪崩擊穿（也可恢復(fù)），為正溫度系數(shù)；4V～7V之間的穩(wěn)壓管，溫度系數(shù)非常小，齊納擊穿與雪崩擊穿可能都存在；穩(wěn)壓管在正向?qū)〞r(shí)為負(fù)溫度系數(shù)。（關(guān)于電壓劃分的邊界值，說法并不統(tǒng)一，有5V的、有6V的，不過基本都很接近）

下圖為穩(wěn)壓管的伏安曲線，可以分為4個(gè)區(qū)域。

正向?qū)▍^(qū)域與普通二極管特性相同，PN結(jié)正向偏置。

當(dāng)施加反向電壓在穩(wěn)壓管兩端，電壓VR由0逐漸增大，就進(jìn)入了截止區(qū)域，這個(gè)區(qū)域中穩(wěn)壓管不工作，會(huì)存在很小的漏電流IR。

當(dāng)反向電壓增加到VBR后，穩(wěn)壓管的漏電流開始迅速增大，穩(wěn)壓管開始進(jìn)入了擊穿區(qū)域；反向電壓達(dá)到VZ后，即使大幅度增加反向電流（從IZT到IZM），穩(wěn)壓值卻變化很?。╒Z到VZM），這個(gè)就是我們想要的穩(wěn)壓狀態(tài)。

繼續(xù)增大反向電壓超過VZM后，穩(wěn)壓管上面的功率會(huì)出現(xiàn)超出最大限制值，進(jìn)而結(jié)溫過高而燒毀。

上面是科普文章中都會(huì)介紹的基本原理，在BMS中主要有如下幾個(gè)地方應(yīng)用穩(wěn)壓管。

BMS上面應(yīng)用穩(wěn)壓管的地方

電壓基準(zhǔn)源

例如大家熟悉的ADR504X系列，基本原理就是穩(wěn)壓管擊穿后穩(wěn)壓。

需要注意的是，這里的應(yīng)用場景需要穩(wěn)壓管持續(xù)工作在擊穿狀態(tài)，而且電壓變化不能很大，以提供一個(gè)幾乎恒定的基準(zhǔn)電壓，這就要求ADR504X工作在一定的電流區(qū)間內(nèi)（50uA～15mA），電流太大了會(huì)燒毀穩(wěn)壓管；電流太小了電壓值不穩(wěn)定，稍微電流值有點(diǎn)變化，就會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓值跳動(dòng)；而且還要考慮負(fù)載的大小以及外部供電電壓的大小，折中選取一個(gè)符合要求的限流電阻。

MOS管或MCU輸入保護(hù)

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并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管，如下圖所示；在單板正常工作時(shí)這個(gè)穩(wěn)壓管是處在反向截止?fàn)顟B(tài)下的，只有出現(xiàn)異常浪涌電壓時(shí)，穩(wěn)壓管才會(huì)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(jī)的AD口或IO口處，會(huì)放置一個(gè)穩(wěn)壓管作保護(hù)。

因?yàn)檫@些場景下的保護(hù)，不需要穩(wěn)壓管擊穿后的電壓多么穩(wěn)定，只要不超過被保護(hù)器件的極限電壓即可，所以穩(wěn)壓管前面的限流電阻在選取時(shí)，大小其實(shí)大家都沒怎么仔細(xì)關(guān)注，有點(diǎn)憑感覺的哈。

AFE的輸入防護(hù)電路

這個(gè)用法也是很常見的，例如ADI早期的LTC68XX系列的AFE，基本都會(huì)建議在采樣通道上面并聯(lián)一個(gè)穩(wěn)壓管，來實(shí)現(xiàn)熱插拔的防護(hù)；這里的穩(wěn)壓管不僅實(shí)現(xiàn)了電壓鉗位，而且也有分流功能，讓一部分本來需要從AFE內(nèi)部流過的電流，而從穩(wěn)壓管流過，降低了內(nèi)部燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。

目前很多廠家的AFE都不需要增加這個(gè)穩(wěn)壓管了，而且我們從成本出發(fā)也是不想加，不過這個(gè)穩(wěn)壓管的防護(hù)作用是真實(shí)存在的；我之前體會(huì)過它的重要性，在某個(gè)應(yīng)用下，沒有這個(gè)穩(wěn)壓管的話，AFE就很容易熱插拔燒毀，你會(huì)聽到細(xì)小斷裂的聲音，然后就冒煙了。

審核編輯：符乾江