在開關(guān)電源的過壓保護設(shè)計中，瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）是常用的保護器件，其核心作用是在電路遭遇瞬態(tài)過壓時快速導(dǎo)通，將電壓鉗位在安全范圍，避免后級電路受損。然而，并非所有類型的TVS都能適配開關(guān)電源場景——回掃TVS因其自身特性，在開關(guān)電源端口的應(yīng)用中存在難以規(guī)避的風(fēng)險，甚至可能反向破壞電路，成為“保護隱患”，但也并非說有的回掃型TVS都不適合用在電源端口。

一、先理清概念：什么是 “回掃型 TVS”？

要理解回掃型TVS的應(yīng)用局限，首先需要明確其核心特性與普通TVS的差異。

TVS二極管的核心參數(shù)是鉗位電壓（Vc）和擊穿電壓（Vbr）。

待機狀態(tài)（高阻態(tài)）：當兩端電壓低于擊穿電壓時，TVS處于關(guān)斷狀態(tài)，電阻極大，漏電流極小，對電路幾乎沒有影響。

擊穿點：當瞬態(tài)電壓超過擊穿電壓時，TVS被迅速擊穿，進入鉗位狀態(tài)。

普通與回掃型TVS關(guān)鍵區(qū)別：

普通TVS：擊穿后，電流增大，其兩端電壓會平穩(wěn)地上升（鉗位電壓Vc）。

回掃型TVS：擊穿后，隨著電流增大，由于其內(nèi)部的半導(dǎo)體物理效應(yīng)，其兩端電壓會不升反降，形成一個電壓下降的區(qū)域。這個電壓下降到的谷值，就是回掃電壓。

普通TVS的伏安特性曲線像一個對稱的“Z”字，而回掃型TVS的曲線更像一個“S”形。關(guān)鍵區(qū)別在于負阻區(qū)。

二、問題的核心：開關(guān)瞬間與負阻特性的沖突

將回掃TVS用于開關(guān)電源的輸入口時，一個隱藏的風(fēng)險在系統(tǒng)上電的瞬間被觸發(fā)。

1、開關(guān)電源的啟動特性：開關(guān)電源在合閘上電的瞬間，其輸入端的濾波電容（大容值電解電容）相當于短路狀態(tài)，會產(chǎn)生一個巨大的浪涌充電電流。這個電流雖然持續(xù)時間極短，但峰值可能高達數(shù)十甚至上百安培。

2、回掃TVS的負阻效應(yīng)： 回掃特性本質(zhì)上源于TVS芯片在巨大電流下的負溫度系數(shù)（NTC）效應(yīng)。在極高電流密度下，硅材料發(fā)熱導(dǎo)致載流子濃度急劇增加，呈現(xiàn)出“負阻”特性：電流越大，其動態(tài)電阻反而減小，從而導(dǎo)致鉗位電壓（Vc）下降。

3、危險的耦合：

在系統(tǒng)上電瞬間，巨大的電容充電電流浪涌可能意外觸發(fā)回掃TVS的擊穿。

一旦被觸發(fā)，該電流浪涌會立即激發(fā)回掃TVS的負阻特性，使其鉗位電壓Vc急劇下降。

關(guān)鍵點：這個瞬間下降的Vc值，完全可能低于開關(guān)電源內(nèi)部功率器件的最高額定電壓（如MOSFET的Vds），甚至低于電源的正常工作電壓范圍。

三、危險的“鎖存”效應(yīng)

現(xiàn)在，我們來看最危險的情況，鉗位電壓低于電源的正常工作電壓。

假設(shè)一個回掃型TVS用于保護一個+5V的電源線。

正常情況：一個+10kV的靜電脈沖（或浪涌脈沖）襲來，TVS被擊穿，將電壓鉗位。脈沖能量泄放后，電壓回落到5V，TVS應(yīng)自動恢復(fù)到高阻態(tài)。

異常情況（相當于短路）：如果這個TVS的回掃電壓是+3V，低于工作電壓+5V

第一步：一個浪涌使TVS擊穿。

第二步：TVS進入負阻區(qū)，其兩端電壓從擊穿電壓（如6V）下降并穩(wěn)定在3V。

第三步：浪涌脈沖過去了，但電路的+5V電源還在持續(xù)供電。

第四步：此時，TVS兩端的電壓是3V，而電源要維持5V。這產(chǎn)生了一個電壓差。為了維持這個電壓差，電源會持續(xù)地向TVS注入電流。

第五步：由于TVS仍處于導(dǎo)通后的低阻態(tài)，這個電流會非常大，一直高于回掃的維持電流。

第六步：結(jié)果：TVS無法自行關(guān)斷，它會像一根導(dǎo)線一樣，持續(xù)地從5V電源吸取巨大的電流。這就是“鎖存”效應(yīng)。

可以把它想象成一個不能自動彈起的開關(guān)：浪涌把開關(guān)按了下去（擊穿），但因為彈簧（回掃特性）太軟，開關(guān)被卡在了“ON”的位置，無法彈回“OFF”位，導(dǎo)致電流持續(xù)流通。

四、為什么“相當于短路”？

在這種“鎖存”狀態(tài)下：

阻抗極低：TVS的動態(tài)電阻可能只有幾歐姆甚至更低。

電流極大：根據(jù)歐姆定律I = V/R，即使很小的電壓差（如5V-3V=2V）除以很小的電阻，也會產(chǎn)生安培級的持續(xù)電流。這個電流大于鎖存的維持電流，一直會讓TVS處于“鎖存”狀態(tài)，無法恢復(fù)，除非流入的電流低于維持電流。

后果嚴重：這個巨大的持續(xù)電流會產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致：

1、TVS自身因過熱而燒毀（如果它的功率容量不夠）。

2、更糟糕的是，如果TVS沒立即燒毀，它會成為一個巨大的負載，拉垮整個電源系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)供電異常甚至重啟。

3、起不到保護作用：當真正的過壓再次來臨時，這個已經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的TVS可能無法有效響應(yīng)。

五、深回掃和淺回掃TVS

根據(jù)回掃的大小（深淺），可以分為深回掃和淺回掃兩種TVS。

深回掃TVS：

定義：深回掃負阻效應(yīng)強，電壓下降幅度大，回掃電壓Vc低于工作電壓Vrwm。只需要一個很小的電流就能維持導(dǎo)通狀態(tài)。

優(yōu)點：鉗位電壓極低，能為后級芯片提供最高級別的保護，特別適合保護那些耐壓值非常低的先進工藝芯片。

缺點：鎖存風(fēng)險極高：由于回掃電壓很低且維持電流小，一旦在電源線上誤觸發(fā)，電源電壓很容易就能提供超過其維持電流的能量，導(dǎo)致TVS持續(xù)導(dǎo)通（短路），直至燒毀。

應(yīng)用場景:主要用于信號線路的保護，特別是那些驅(qū)動能力非常弱的線路（如高速數(shù)據(jù)線、射頻天線）。絕對禁止用于能提供較大電流的電路，尤其是電源總線。

淺回掃TVS

定義：負阻效應(yīng)弱，電壓下降幅度小，回掃電壓相對較高：通常會高于或接近常見的工作電壓。維持電流通常較高：需要一個相對大一些的電流才能維持導(dǎo)通狀態(tài)。

優(yōu)點：抗鎖存能力強，安全性高：由于回掃電壓較高且維持電流大，即使誤觸發(fā)，正常的電路電壓也難以提供足夠的電流來維持其導(dǎo)通狀態(tài)，因此它能更容易地自動關(guān)斷，系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。

缺點：鉗位電壓相對較高：保護性能不如深回掃TVS那么“強悍”。

應(yīng)用場景：可以用于一些對鎖存風(fēng)險敏感但又需要一定浪涌防護的場合。例如：某些低壓、有限流功能的電源路徑，或者對保護等級要求不是極端苛刻的通用I/O口。

是深回掃和普通TVS之間一個很好的折中選擇。

六、回掃型TVS 應(yīng)用注意事項

工程選型建議：

1、首選問題：信號線還是電源線？

電源線/高驅(qū)動電路：優(yōu)先考慮淺回掃或標準TVS。穩(wěn)定性壓倒一切，避免鎖存風(fēng)險。

高速信號線/弱驅(qū)動電路：可以優(yōu)先考慮深回掃TVS。利用其極低的鉗位電壓為昂貴的主芯片提供頂級保護，同時由于信號線驅(qū)動電流小，鎖存風(fēng)險天然可控。

2、仔細閱讀數(shù)據(jù)手冊：

一定要查看I-V曲線圖。深回掃的曲線“回掃”溝壑非常深且陡峭；淺回掃則相對平緩。確認維持電流的大小，并評估你的電路在異常情況下能否提供超過這個值的電流。

（1）深回掃回掃型TVS適合用于信號數(shù)據(jù)線（滿足結(jié)電容條件）。

（2）淺灰色和普通TVS適合用于電源端口。

（3）淺回掃型TVS即使它的鉗位電壓Vc高于工作電壓Vrwm，“鎖存”效應(yīng)不會發(fā)生，我們也一定要根據(jù)TVS電壓型號放到電路里面考慮多種情況實際測試，因為電路應(yīng)用不同，可能會發(fā)生巨大區(qū)別。并非“一顆打遍天下”。

總之，回掃型TVS應(yīng)用 ，我們要根據(jù)電路實際情況選型。