并聯還是串聯？MDD穩壓二極管多顆配置的使用技巧與注意事項

在電子系統中，當單顆MDD穩壓二極管（Zener Diode）無法滿足電壓、電流或功率要求時，多顆二極管并聯或串聯使用便成為一種常見解決方案。然而，多顆配置雖然看似簡單，實則隱藏著諸多設計陷阱。如果未加以合理匹配或保護，反而可能引起電壓不穩、熱失控、器件損壞等問題。作為現場應用工程師（FAE），我們必須深刻理解其工作機制，指導客戶合理使用多顆Zener配置，提升電路可靠性。

一、串聯使用：提升穩壓電壓的有效手段

1.應用場景

當所需穩壓電壓高于單顆Zener擊穿電壓上限（如需15V、24V或更高電壓）時，可采用多顆Zener串聯疊加電壓。例如，兩個6.8V Zener串聯后可獲得約13.6V的穩壓電壓。

2.設計要點

選型配對：盡量選用同型號、同批次的器件，以減少電壓偏差。

溫度一致性：串聯器件應靠近布置，確保受熱一致，防止某顆器件因溫漂特性不同而承擔不均壓。

加平衡電阻：為防止電壓不均勻分擔，可在每顆Zener并聯一個高阻值電阻（如100kΩ~1MΩ）進行電壓均衡。

總功耗計算：串聯后，總電壓為各Zener之和，但電流一致，因此各顆器件的功耗需分別計算，確保不超額。

3.注意事項

電壓容差累計：Zener二極管本身存在±5%或±10%的容差，串聯后會疊加誤差，需考慮整體穩壓精度。

總功率限制：若單顆Zener最大功率為1W，串聯后總功耗不能超過每顆額定功率。

二、并聯使用：擴展電流能力與冗余備份手段

1.應用場景

在高電流鉗位、浪涌吸收等場合，單顆Zener的功耗不足以承受負載，可將多顆相同電壓的Zener并聯分擔電流，例如在TVS應用中。

2.并聯的核心挑戰：分流不均

由于Zener的擊穿電壓具有微小差異，哪怕相差幾十毫伏，也會導致電流集中在壓值最低的那顆器件上，使其提前過熱擊穿，繼而失效，電流轉移至下一顆，最終形成“多米諾失效”。

3.解決辦法

選型嚴格匹配：使用同型號、同批次器件，同時優選“精密等級”（如±2%以內）的Zener。

加限流電阻：為每顆Zener串聯小電阻（如1Ω~10Ω），幫助電流自動均衡。

選擇專用器件：如大功率單體Zener或TVS陣列芯片，避免分立并聯導致的問題。

用熱設計輔助均流：避免某一顆散熱效果過好或過差導致負載不均。

4.實戰舉例

在某客戶設計的RS485通信口浪涌保護電路中，采用了兩顆18V/1W Zener并聯用于共模浪涌抑制。但實測發現其中一顆Zener異常發熱并失效。通過分析，發現兩顆器件Vz存在40mV偏差，且未加入限流電阻。后續通過在每顆Zener前串聯4.7Ω電阻后，電流明顯均分，器件溫升顯著降低，系統恢復穩定運行。

三、替代與進階方案

串聯Zener替代高壓參考源：對于需要精確電壓源的應用，推薦改用TL431等可調精密參考源，其輸出更穩定，溫漂更小。

并聯使用時優先考慮TVS陣列器件：如ESD、浪涌吸收等應用，TVS二極管在制造中已進行電壓匹配，遠比人工分立匹配更可靠。

所以說，多顆MDD Zener二極管串并聯使用雖然可以突破單器件的電壓、電流或功率限制，但若設計不當，則容易因參數差異導致不均壓、不均流、器件熱失控等問題。作為FAE，我們應深入理解其電氣行為，引導客戶在產品選型、布局設計、熱管理等方面采取有效措施，提升系統穩定性與可靠性。真正做到“用對一顆二極管，守住一整個系統”。