SiC、TVS、LED,二极管家族怎么选?

二极管家族里，有些器件负责把几百伏电源的换向损耗压下来，有些器件只在浪涌到来时工作，还有一些器件把光和电来回转换。

它们共享「二极管」这个名字，却不能靠正向压降排队。材料、结结构、工作偏置和时间尺度一变，选型标准也会变。

下面保留整套图文二的家族地图，先看全貌，再进入高压、保护与光电三条支线。

SiC 是碳化硅。与硅相比，它的临界击穿电场更高。在相同耐压等级下，漂移区可以做得更薄，掺杂也可以更高，从而降低高压器件漂移区带来的电阻代价。

SiC 肖特基势垒二极管主要依靠多数载流子导电。关断时没有硅 PN 二极管那种少数载流子存储造成的反向恢复尾巴，所以高频换向损耗更容易控制。

但「没有反向恢复尾巴」不能写成「反向电流为零」。结电容在电压变化时仍要充放电，电路里会出现位移电流：

JBS 和 MPS 在解决什么

纯肖特基结构在高场和高温下需要同时兼顾漏电与浪涌能力。JBS 会在肖特基接触区引入 P+ 区。反向偏置时，这些区域帮助屏蔽高电场，降低漏电；正向导通时，主要电流仍可经过肖特基通道。

MPS 进一步利用肖特基与 PIN 路径的组合。在大浪涌等条件下，PN 路径可参与导电，提高器件的浪涌承受能力。不同厂商的单元结构和命名细节会有差别，工程判断应以具体芯片和数据手册为准。

SiC SBD 的优势集中在高压、高频和高温边界，不等于所有场合 VF 都最低。低压系统仍可能由硅肖特基、同步整流 MOSFET 或其他方案占优。

齐纳、TVS、ESD 都在钳位，为什么不能互换

三个名字都与反向击穿有关，但它们面对的持续时间、能量和信号完整性要求不同。

齐纳二极管：长期守住一个工作点

齐纳二极管常用于稳压、基准和持续偏置。它关心工作电流、动态电阻、功耗和温度系数。若电流太小，器件可能还没有进入规定的稳压区；若电流太大，结温与功耗又会越界。

所以齐纳电压不能脱离测试电流来读。串联限流电阻也不是附件，它决定工作点和功耗分配。

TVS：把短时浪涌压在系统能承受的范围内

TVS 针对的是瞬态能量。数据手册通常会给出反向工作峰值电压 VRWM、击穿电压 VBR、钳位电压 VC，以及规定脉冲波形下的峰值脉冲功率。

三个电压的关系可以这样读：正常工作电压不能让 TVS 提前导通；浪涌到来后，器件进入击穿；在规定峰值电流下，端电压上升到 VC。

峰值功率不能单独使用。8/20 μs、10/1000 μs 等波形持续时间不同，同一个功率数字代表的能量和热应力也不同。

ESD 保护阵列：快、近、低电容

高速接口的 ESD 防护更重视响应路径和寄生参数。保护器件要靠近接口放置，回流到地的路径要短，结电容还不能明显拖慢信号边沿。

USB、HDMI 或射频接口使用的低电容 ESD 阵列，单次能量能力通常不等同于电源线上体积更大的 TVS。两者击穿电压接近，也不能直接互换。

发光、探测、射频和调谐，都是二极管的工作

LED 与激光二极管：把载流子复合变成光

LED 正向偏置后，电子与空穴复合并释放光子。发光波长主要由材料带隙决定。实际电路必须限流，还要管理结温，因为温度会影响光输出、VF 和寿命。

激光二极管同样依靠载流子复合发光，但还需要光学谐振腔和受激辐射。它存在阈值电流，对静电、过流和温度更敏感，不能把普通 LED 驱动方式直接照搬过去。

光电二极管与 APD：把光子变成电流

光电二极管吸收光子后产生光生载流子。反向偏置可以减小结电容、加快响应，但暗电流和噪声也必须一起看。

APD 在较高反向偏置下利用雪崩倍增获得内部增益。增益不是免费的，它带来更高偏置要求、额外噪声以及更严格的温度控制。

PIN 二极管：射频开关并不只看直流通断

PIN 二极管在 P 区与 N 区之间加入较厚的本征层。正向偏置时，本征区存储电荷，射频等效电阻可变得较低；反向或零偏时，器件表现为很小的等效电容。

这使它适合射频开关、衰减器和限幅器。偏置网络必须把直流控制与射频信号隔开，不能只照着直流二极管的接法画。

变容二极管：用反向电压改变结电容

反向电压升高，耗尽层变宽，结电容减小。最基本的几何关系是：

变容二极管因此可用于压控振荡器、调谐和频率合成。它工作在反向偏置区，不能用「正向压降更小」来评价。

一个容易记住的分工表

还有一个冷知识：Gunn 器件经常被叫作「Gunn 二极管」，内部却没有 PN 结。它利用转移电子效应产生微波振荡。这个名字很好地提醒我们，家族名只能帮你找到方向，器件结构和数据手册才决定怎么用。

参考资料

• • Infineon CoolSiC 肖特基二极管选型指南^[1]
• • Infineon 1200 V SiC MPS 设计说明^[2]
• • Littelfuse TVS 电路应用说明^[3]
• • Littelfuse SP1021 低电容 ESD 阵列数据手册^[4]

本文中的结构与等效电路用于说明原理。保护等级、封装引脚、偏置方式和极限参数以具体器件数据手册及适用测试标准为准。

引用链接

[1] Infineon CoolSiC 肖特基二极管选型指南: https://www.infineon.com/assets/row/public/documents/24/66/infineon-selection-guide-coolsic-silicon-carbide-schottky-diodes-productselectionguide-en.pdf?fileId=db3a3043399628450139b0701a1d21d2[2] Infineon 1200 V SiC MPS 设计说明: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Article_Advantages_of_the_1200V_SiC_Schottky_Diode_with_MPS_Design-Article-v01_00-EN.pdf?fileId=5546d46250cc1fdf0151674981861d76[3] Littelfuse TVS 电路应用说明: https://www.littelfuse.com/assetdocs/application-hints-for-transient-voltage-suppression-diode-circuits?assetguid=2c74349b-a235-44c0-ada1-92c7a00497e6[4] Littelfuse SP1021 低电容 ESD 阵列数据手册: https://www.littelfuse.com/assetdocs/littelfuse-tvs-diode-array-sp1021-datasheet?assetguid=876dc355-1f20-4f48-a3a0-0268821dc4dd