Part 01

前言

在电子电路设计中，电源端的保护电路是确保系统安全性和可靠性的关键部分。瞬态抑制二极管TVS和保险丝是两种常见的保护元件，分别用于抑制瞬态过压和限制过流。然而，一个常见的问题是：在电源端的电路设计中，TVS二极管和保险丝到底谁该放在前面？这个问题看似简单，很多人会一眼懵！接下来我们就系统分析TVS二极管和保险丝的放置顺序问题。

 

Part 02

TVS二极管与保险丝的基本功能

搞懂TVS二极管和保险丝的放置顺序问题，首先要搞清楚二者的作用。

1. TVS二极管的作用

TVS二极管是一种快速响应的过压保护器件，主要用于抑制电路中的瞬态过压，如雷击、静电放电ESD或开关电源的浪涌电压。其工作原理类似于齐纳二极管，当电路电压超过其击穿电压VBR时，TVS二极管迅速导通，将过电压能量通过低阻抗路径分流，从而保护后级电路。TVS二极管的响应时间极快，通常在皮秒到纳秒级别，适合应对瞬态浪涌。TVS二极管在短路或开路失效时，会表现出明显的电气特性变化，如漏电流增加或钳位电压失效。

TVS二极管的截止电压需大于电路工作电压，峰值脉冲电流需大于预期瞬态电流，钳位电压需满足保护要求。

2. 保险丝的作用

保险丝是一种过流保护器件，当电路中的电流超过其额定值时，保险丝会熔断，切断电流路径，防止电路或后面的器件因过流而损坏。保险丝的响应时间相对较慢（毫秒级别），适用于持续过流或短路保护。根据保险丝的熔断特性，保险丝可分为快断型和慢断型，分别适用于不同场景。我们选保险丝需要同时满足两点要求：一是能够承受瞬态电流而不熔断，二是当TVS二极管短路时能够及时断开电路。

所以总结来说TVS二极管和保险丝的保护对象不同，TVS二极管针对瞬态过压，保险丝针对持续过流。因此，在电源端的保护电路中，两者的配合使用是常见的，但其放置顺序直接影响保护效果和元件寿命。

 

Part 03

TVS和保险丝放置顺序分析

在电源端保护电路中，常见的布局是将电源输入依次连接到保险丝、TVS二极管，然后到后级电路，或者反过来，先连接TVS二极管，再连接保险丝。那这两种连接方式孰优孰劣呢？

1. 保险丝在前，TVS二极管在后

电源输入首先通过保险丝，然后连接到TVS二极管，后级电路再接TVS二极管之后。

TVS二极管的失效模式包括短路、开路和退化（漏电流增加）。短路失效可能导致后续电流过大，引发安全隐患，开路失效可能导致保护功能丧失，退化失效可能影响数据线传输。

当TVS二极管因瞬态浪涌而短路时，持续的后续电流可能导致问题。保险丝置于TVS二极管之前，可以在TVS二极管短路或电路发生持续过流时迅速熔断，切断电源，保护TVS二极管和后级电路免受进一步损害。

在许多工业标准和参考设计中，保险丝通常被放置在靠近电源输入的位置。这种布局在电源线中比较常见，能够在故障初期切断电路，减少后级元件的应力。

2. TVS二极管在前，保险丝在后

电源输入首先通过TVS二极管，然后连接到保险丝，后级电路再接保险丝之后。

TVS二极管直接面对电源输入，能够在浪涌电压到达保险丝之前迅速钳位，保护保险丝和后级电路免受瞬态过压的影响。这在浪涌频繁或电压尖峰较高的场景中尤为重要。并且瞬态浪涌的高峰值电流可能导致保险丝误熔断，而TVS二极管在前可以先吸收浪涌能量，降低保险丝的电流应力，从而减少误动作的可能性。特别是在某些热插拔应用中，TVS二极管可能放置在保险丝之前，以防止保险丝因插入模块时的浪涌电流而熔断。

缺点是TVS二极管发生短路失效时，保险丝在后可能无法及时切断电路，持续的后续电流可能引发安全问题，如过热。

 

Part 04

总结

个人觉得保险丝置于TVS二极管之前更合理，保险丝在前可在TVS故障短路时切断电路，降低安全风险。但是需要注意的是保险丝选型时I2t要好好考量一下，避免在TVS钳位一些高浪涌脉冲时触发保险丝熔断，大家平时是怎么放的呢？

(Source: 硬件那点事儿)