TVS 二極體過電壓保護電路
採用 TVS（二極體式瞬態電壓抑制器，Transient Voltage Suppression Diode） 的過電壓保護電路，是一種常見、簡潔且反應快速的被動式浪湧與瞬態過電壓防護方案。它廣泛應用於工業控制、汽車電子、通訊介面、電源輸入埠等場景中，用以吸收電網或訊號線上突發的過電壓或浪湧。
TVS 二極體過電壓保護電路擁有極快反應時間（<1ns），可抑制極短時間的高電壓脈衝，例如 ESD、雷擊、電源突波，並具有高能量吸收能力，不同型號可吸收數瓦至數千瓦的脈衝能量（如 600W、1500W TVS），且具有低導通電壓，保護精確的特性，根據型號不同，有不同的鉗位（Clamping）電壓可供選擇，並有雙向／單向選項，適用於 DC、AC、訊號或電源線等不同情境。此外，TVS 二極體過電壓保護電路還有體積小、安裝方便的優勢，可封裝為 SMA、SMD、DO-15 等，便於整合到各種 PCB 設計中。
TVS 二極體構成的過電壓保護電路範例
以上圖為例，採用了 SMBJ3.3A TVS 二極體，反向截止電壓是 3.3V，最大鉗位電壓是 7.2V，擊穿電壓是 4V，峰值脈衝電流（Ipp）在 10/1000µs 是 42A。在電路正常工作時，TVS 處於關斷截止狀態，呈現高阻抗，不影響電路正常工作，當電路出現靜電、浪湧等異常過電壓的時候，TVS 兩極間的電壓，由額定反向電壓上升到擊穿電壓而被擊穿，TVS 迅速由高阻狀態突變到低阻狀態，洩放由於異常過電壓導致的異常過電流到地上去，同時把異常過電壓鉗位在後級電路可承受的安全水平之內，從而保護了後極電路，免遭異常過電壓的損壞，當異常過電壓消失之後，TVS 的阻值又恢復為高阻態，電路又恢復正常運作。
在設計 TVS 二極體構成的過電壓保護電路時，在選型上應注意工作電壓（VRWM）必須大於正常電壓，否則會造成誤導通，崩潰電壓（VBR）一般選擇比最大工作電壓高10~20%，鉗位電壓（VC）必須低於後級電路的最大承受電壓，最大峰值功率（PPP）須足以吸收預期的浪湧能量（如 IEC 61000-4-5 要求）。
在 TVS 的放置位置考量上，TVS 必須靠近保護目標輸入端，減少走線電感對反應速度的影響，若保護的是高速訊號線，可使用低電容 TVS（如 <1pF）。此外，還可以搭配使用串聯電阻／磁珠，以降低突波電流，延長 TVS 壽命，以及濾波電容來抑制高頻干擾，協同濾波效果，搭配保險絲（PTC 或快斷）來進行過電流保護，防止 TVS 失效後造成短路風險。
另一方面，若應用需符合 EMC 或工業標準，須符合對應的浪湧防護標準，像是 IEC 61000-4-2（ESD），TVS 選型要滿足 ±8kV 接觸放電能力，IEC 61000-4-5（浪湧）標準要求 TVS 需能承受 1kV~6kV 脈衝，應根據等級選型，在汽車 AEC-Q101 標準，建議使用車規 TVS，例如 Littelfuse 的 PESD、Bourns 的 SMAJ-Q 系列。
| 比較項目 | PNP+PNP 三極體保護 | LM393+ 繼電器保護 | TVS 二極體保護 |
|---|---|---|---|
| 保護原理 | 模擬類比電壓偵測與自動關斷 | 比較器判斷過電壓，驅動繼電器斷開電路 | 瞬態電壓超過閾值時瞬間導通、吸收能量 |
| 元件構成 | 兩個PNP三極體（其中一個為檢測，一個為開關） | 比較器（LM393）、參考源、繼電器、分壓器 | TVS二極體（單向或雙向） |
| 主要保護對象 | 緩慢或中等速度過電壓 | 穩態或持續性過電壓 | 瞬間過電壓（浪湧、ESD、雷擊） |
| 是否需電源 | 否（全類比，靠電壓觸發） | 是（LM393工作電壓需供電） | 否（被動元件） |
| 反應速度 | 快速（ms級內） | 中等（受繼電器驅動速度影響，ms級） | 極快（ns級，適合ESD/雷擊） |
| 是否適合長時間過電壓 | 否（保護啟動後，仍需關斷或保險絲配合） | 是（繼電器可持續斷開電源） | 否（TVS長導通會發熱失效） |
| 是否可調整閾值 | 是（依偏壓與分壓電阻設定） | 是（可微調參考電壓或分壓比） | 否（依TVS選型固定） |
| 是否具遲滯控制功能 | 否（需額外設計） | 是（可透過回授調整比較器遲滯） | 否 |
| 是否具電氣隔離能力 | 否 | 有（使用繼電器實現負載與控制隔離） | 否 |
| 對浪湧／ESD保護效果 | 一般（主要保護長時間過電壓） | 一般（適合中速過電壓） | 優（適合突波、靜電放電等瞬態事件） |
| 是否可自動復歸 | 否（需手動復位或外部控制） | 視設計而定，可實現自動復歸 | 是（過電壓解除後自動恢復） |
| 功率消耗表現 | 中等（偏壓電阻與導通三極體消耗功率） | 高（繼電器線圈需耗電） | 極低（平時不耗電） |
| 常見應用場景 | 電源輸入埠、簡易過電壓切斷、便攜裝置 | 工業電源、電池充電系統、需斷電保護系統 | 通訊介面（RS485/CAN）、USB、電源輸入、汽車電子 |
| 電路複雜度 | 低～中（需設計偏壓與導通條件） | 中～高（需比較器、繼電器控制與參考源） | 最低（只需一顆TVS） |
| 成本 | 低 | 中（繼電器、比較器、額外元件） | 低～中（視TVS功率等級與封裝形式而定） |
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