齐纳二极管设计目的是为了保护对静电放电(Electrostatic discharge ESD)敏感的组件,以免因环境的ESD 造成组件的损伤.
ESD 保护组件功能的分类可分为

  • 限流组件:限流组件可以避免敏感节点的高电流,从而避免过电流.
  • 电压抑制组件电压抑制组件会限制组件信号引脚或电路上观察到的电压,从而防止过电压.
用于LED的齐纳二极管ESD防护的设计为电压抑制组件.电压抑制以组件的方向分类，分為单向及双向：
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單向齐纳二极管
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NPN PNP
双向齐纳二极管

LED用齐纳二极管因是电压抑制组件,故其应用电路设计需和被保护的组件(如LED组件)作并联。.
齐纳二极管的工作原理

  • 齐纳二极管的组件设计最基本为PN结(PN junction)所组成, 而倒装的齐纳二极管可看成两个PN-NP的串联，这串联方式为双向的齐纳二极管；
  • 在齐纳二极管的电极加上电压时,如电压不超过齐纳二极管的崩溃电压(breakdown voltage)时，通过齐纳二极管的电流会很少,在达到这电压之前， 齐纳二极管为不动作；
  • 当LED灯点亮时, 齐纳二极管不会消耗任何能耗, 通过齐纳二极管的电流小到可以忽略不计。所以LED的工作电压比齐纳二极管的工作电压应比崩溃电压低；
  • 当有一电压突波出现,(ESD也是一种电压突波)，LED + 齐纳二极管的电压开始升高, 当电压值超过齐纳二极管的崩溃电压后, 齐纳二极管开始动作，此时齐纳二极管和LED 会通过大量的电流，但齐纳二极管+LED的电压增加比ESD所产生的电压低很多，故可达到保护LED 不受ESD 高电压所伤害，此现像称作电压抑制(voltage clamping)。
  • 当LED +齐纳二极管中遭受电压突波的冲击(如ESD)，其突波的电压超过齐纳二极管的崩溃电压时，这时齐纳二极管会启动，而齐纳二极管会把超过其崩溃电压的突波的能量以电流方式经过齐纳二极管和LED而带走.如下图为LED + 单向齐纳二极管的并联时对ESD突波的电压抑制示意图：

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齐纳二极管的组件参数
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  • 齐纳二极管 : 此电压可看成为齐纳二极管开始动作的电压，也可定义此电压为组件的崩溃电压；
  • 漏电流(Ir) : 齐纳二极管在逆向偏压时的漏电流,此值代表齐纳二极管PN 结的好坏，因应用时为和LED 反向并联故漏电流太大会消耗部份功率。

如何选用齐纳二极管

  • 先确定LED最大工作电压；
  • 以LED最大工作电压的110%或120%的电压值为齐纳二极管最低工作电压(Min.) 值为选用标准。
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