一文搞懂闩锁效应：电路里的“定时炸弹”与防护指南_电路方案

什么是闩锁（Latch-up）？

CMOS 工艺中的寄生晶闸管（SCR）结构，是由NMOS 和 PMOS 的寄生 NPN/PNP 晶体管相互连接形成的。这些寄生晶体管平时处于关闭状态，但当受到电压尖峰、静电干扰或高温时，会触发正反馈环路，导致电流在芯片内部无限放大，最终烧毁芯片或迫使系统断电。这一现象即为闩锁效应。

CMOS结构（左）及其等效电路（右）

如果遇到以下情况，可能是闩锁在作祟：

l电流突然激增：芯片耗电猛增，远超正常工作电流。

l电压突然暴跌：电源电压“断崖式下跌”，导致芯片复位或功能紊乱。

l高温更易崩溃：芯片在高温环境下（如>85℃）更容易触发闩锁。

检测方法：

l静电测试：模拟人体接触放电，验证芯片抗ESD能力（IEC 61000-4-2）。

l浪涌测试：模拟雷击或电源波动，测试电路稳定性（IEC 61000-4-5）。

l电脑模拟：用仿真工具（如TCAD）预判寄生结构的触发阈值，优化设计。

器件类型	触发条件	防护建议
IGBT	电流过大（如10A以上）	1.串联限流电阻或保险丝；2.设计过流关断电路，触发时强制关断IGBT。
CMOS芯片（如单片机）	I/O口对地电压异常（I/O口低于-1.8V或高于VCC+0.7V）	1. I/O口串联200Ω电阻“限流”；2. 用TVS二极管箝位电压；3.热插拔时优先连接地线，避免电位差触发寄生晶体管！
LDO（低压差稳压器）	电流过载（如输入1.8V时达900mA）	1. 串电阻“分流”；2.加“复位开关”强制重启；3.选抗闩锁设计的稳压器。
运算放大器（如OPA4H199）	输出短路或过载（如电流超120mA）	1. 输出端加电阻“限流”；2. 用自恢复保险丝当“自动开关”。

1.高功率接口：TVS二极管 + 自恢复保险丝

lTVS二极管：纳秒级响应，将电压尖峰箝位至安全阈值，防止寄生晶体管触发。

自恢复保险丝（PPTC）：过流时自动断开电路，故障排除后自动复位，避免持续损坏。两者协同可阻断闩锁触发条件。

2. 低电压/高速接口：ESD静电防护

l低电容ESD器件：像“防静电外套”一样，包裹芯片接口，防止静电“电击”触发闩锁，同时不影响信号速度（如USB、HDMI）。

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