Part 01 前言
在電子電路設計中，電源端的保護電路是確保系統安全性和可靠性的關鍵部分。瞬態抑制二極管TVS和保險絲是兩種常見的保護元件，分別用于抑制瞬態過壓和限制過流。然而，一個常見的問題是：在電源端的電路設計中，TVS二極管和保險絲到底誰該放在前面？這個問題看似簡單，很多人會一眼懵！接下來我們就系統分析TVS二極管和保險絲的放置順序問題。
Part 02 TVS二極管與保險絲的基本功能
搞懂TVS二極管和保險絲的放置順序問題，首先要搞清楚二者的作用。
1. TVS二極管的作用
TVS二極管是一種快速響應的過壓保護器件，主要用于抑制電路中的瞬態過壓，如雷擊、靜電放電ESD或開關電源的浪涌電壓。其工作原理類似于齊納二極管，當電路電壓超過其擊穿電壓VBR時，TVS二極管迅速導通，將過電壓能量通過低阻抗路徑分流，從而保護后級電路。TVS二極管的響應時間極快，通常在皮秒到納秒級別，適合應對瞬態浪涌。TVS二極管在短路或開路失效時，會表現出明顯的電氣特性變化，如漏電流增加或鉗位電壓失效。
TVS二極管的截止電壓需大于電路工作電壓，峰值脈沖電流需大于預期瞬態電流，鉗位電壓需滿足保護要求。
2. 保險絲的作用
保險絲是一種過流保護器件，當電路中的電流超過其額定值時，保險絲會熔斷，切斷電流路徑，防止電路或后面的器件因過流而損壞。保險絲的響應時間相對較慢（毫秒級別），適用于持續過流或短路保護。根據保險絲的熔斷特性，保險絲可分為快斷型和慢斷型，分別適用于不同場景。我們選保險絲需要同時滿足兩點要求：一是能夠承受瞬態電流而不熔斷，二是當TVS二極管短路時能夠及時斷開電路。
所以總結來說TVS二極管和保險絲的保護對象不同，TVS二極管針對瞬態過壓，保險絲針對持續過流。因此，在電源端的保護電路中，兩者的配合使用是常見的，但其放置順序直接影響保護效果和元件壽命。
Part 03 TVS和保險絲放置順序分析
在電源端保護電路中，常見的布局是將電源輸入依次連接到保險絲、TVS二極管，然后到后級電路，或者反過來，先連接TVS二極管，再連接保險絲。那這兩種連接方式孰優孰劣呢？
1. 保險絲在前，TVS二極管在后
電源輸入首先通過保險絲，然后連接到TVS二極管，后級電路再接TVS二極管之后。
TVS二極管的失效模式包括短路、開路和退化（漏電流增加）。短路失效可能導致后續電流過大，引發安全隱患，開路失效可能導致保護功能喪失，退化失效可能影響數據線傳輸。
當TVS二極管因瞬態浪涌而短路時，持續的后續電流可能導致問題。保險絲置于TVS二極管之前，可以在TVS二極管短路或電路發生持續過流時迅速熔斷，切斷電源，保護TVS二極管和后級電路免受進一步損害。
在許多工業標準和參考設計中，保險絲通常被放置在靠近電源輸入的位置。這種布局在電源線中比較常見，能夠在故障初期切斷電路，減少后級元件的應力。
2. TVS二極管在前，保險絲在后
電源輸入首先通過TVS二極管，然后連接到保險絲，后級電路再接保險絲之后。
TVS二極管直接面對電源輸入，能夠在浪涌電壓到達保險絲之前迅速鉗位，保護保險絲和后級電路免受瞬態過壓的影響。這在浪涌頻繁或電壓尖峰較高的場景中尤為重要。并且瞬態浪涌的高峰值電流可能導致保險絲誤熔斷，而TVS二極管在前可以先吸收浪涌能量，降低保險絲的電流應力，從而減少誤動作的可能性。特別是在某些熱插拔應用中，TVS二極管可能放置在保險絲之前，以防止保險絲因插入模塊時的浪涌電流而熔斷。
缺點是TVS二極管發生短路失效時，保險絲在后可能無法及時切斷電路，持續的后續電流可能引發安全問題，如過熱。
Part 04 總結
個人覺得保險絲置于TVS二極管之前更合理，保險絲在前可在TVS故障短路時切斷電路，降低安全風險。但是需要注意的是保險絲選型時I2t要好好考量一下，避免在TVS鉗位一些高浪涌脈沖時觸發保險絲熔斷，大家平時是怎么放的呢？