BMS上的稳压二极管应用场合介绍

baoshijie

最近遇到了稳压二极管漏电流偏大的案例，问题还在持续分析中，借助这个由头，总结下稳压二极管方面的基础知识。（图片来源于VISHAY官网）



稳压二极管的工作原理

定义：稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管；稳压二极管是二极管中的一种，由硅材料制成，也是一个PN结，但是由于制造工艺不同，当这种PN结处于反向击穿状态时，PN结不会损坏，并且当电流在一定范围变化时，稳压值几乎不变；稳压二极管就是利用这种反向击穿特性。（图片来源于VISHAY官网）



进一步地，稳压值在4V以下的管子属于齐纳击穿（可恢复），为负温度系数；而稳压值在7V以上的管子属于雪崩击穿（也可恢复），为正温度系数；4V~7V之间的稳压管，温度系数非常小，齐纳击穿与雪崩击穿可能都存在；稳压管在正向导通时为负温度系数。（关于电压划分的边界值，说法并不统一，有5V的、有6V的，不过基本都很接近）



下图为稳压管的伏安曲线，可以分为4个区域。

正向导通区域与普通二极管特性相同，PN结正向偏置。

当施加反向电压在稳压管两端，电压VR由0逐渐增大，就进入了截止区域，这个区域中稳压管不工作，会存在很小的漏电流IR。

当反向电压增加到VBR后，稳压管的漏电流开始迅速增大，稳压管开始进入了击穿区域；反向电压达到VZ后，即使大幅度增加反向电流（从IZT到IZM），稳压值却变化很小（VZ到VZM），这个就是我们想要的稳压状态。

继续增大反向电压超过VZM后，稳压管上面的功率会出现超出最大限制值，进而结温过高而烧毁。

上面是科普文章中都会介绍的基本原理，在BMS中主要有如下几个地方应用稳压管。

BMS上面应用稳压管的地方

电压基准源

例如大家熟悉的ADR504X系列，基本原理就是稳压管击穿后稳压。



需要注意的是，这里的应用场景需要稳压管持续工作在击穿状态，而且电压变化不能很大，以提供一个几乎恒定的基准电压，这就要求ADR504X工作在一定的电流区间内（50uA~15mA），电流太大了会烧毁稳压管；电流太小了电压值不稳定，稍微电流值有点变化，就会导致稳压值跳动；而且还要考虑负载的大小以及外部供电电压的大小，折中选取一个符合要求的限流电阻。

MOS管或MCU输入保护

这种用法就比较常见了，MOS管的栅极-源极之间为了防止过压而并联一个稳压管，如下图所示；在单板正常工作时这个稳压管是处在反向截止状态下的，只有出现异常浪涌电压时，稳压管才会被击穿，将栅极-源极之间电压钳位住。



还有就是主控板上单片机的AD口或IO口处，会放置一个稳压管作保护。

因为这些场景下的保护，不需要稳压管击穿后的电压多么稳定，只要不超过被保护器件的极限电压即可，所以稳压管前面的限流电阻在选取时，大小其实大家都没怎么仔细关注，有点凭感觉的哈。

AFE的输入防护电路

这个用法也是很常见的，例如ADI早期的LTC68XX系列的AFE，基本都会建议在采样通道上面并联一个稳压管，来实现热插拔的防护；这里的稳压管不仅实现了电压钳位，而且也有分流功能，让一部分本来需要从AFE内部流过的电流，而从稳压管流过，降低了内部烧毁的风险。



目前很多厂家的AFE都不需要增加这个稳压管了，而且我们从成本出发也是不想加，不过这个稳压管的防护作用是真实存在的；我之前体会过它的重要性，在某个应用下，没有这个稳压管的话，AFE就很容易热插拔烧毁，你会听到细小断裂的声音，然后就冒烟了。

总结：

最近没啥感悟，不多说了；以上所有，仅供参考。

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作为汽车工程师和专注于电子元器件知识的专家，对于您提及的关于稳压二极管应用的问题，我来做进一步解答。

稳压二极管在电池管理系统（BMS）中广泛应用于电压稳定控制，尤其在电池电压波动较大的环境中，稳压二极管能有效确保电路的稳定运行。关于您遇到的漏电流偏大案例，可能涉及器件老化、工作环境温度等因素。针对稳压二极管的基础知识，其核心工作原理是利用PN结的齐纳击穿特性，实现反向电压下的稳定电压输出。当稳压值在4V以下的管子通常采用齐纳击穿方式。针对具体应用问题，建议深入分析工作环境、电路布局及元器件质量等多方面因素，以找到最佳解决方案。如需了解更多细节或专业建议，请进一步咨询或查阅相关资料。