SMAJ13A瞬态抑制二极管应用领域电路设计方案及数据手册

semiwell

2 天前

SMAJ13A 是一种采用 SMA 封装、单向导通的瞬态抑制二极管。

关键参数解读：
- 封装： SMA，便于表面贴装，适用于空间受限的场合。
- 工作电压： 13.3V。这是它的反向截止电压（Stand-off Voltage），指在正常电路工作电压下，TVS 处于高阻状态，不影响电路。通常选择的 TVS 工作电压略高于电路的正常工作电压峰值。
- 击穿电压： 14.7V - 16.2V（最小-典型）。当瞬态电压超过此值时，TVS 开始雪崩击穿。
- 钳位电压： 21.2V（@IPP=16.5A）。这是 TVS 在承受最大峰值脉冲电流时，其两端的最高电压。这是保护后端器件的核心参数，必须低于被保护器件的最大耐压值。
- 峰值脉冲功率： 400W（10/1000µs 标准测试波形）。
- 极性： 单向。意味着它只能对一个方向的瞬态过压（通常是正向）进行钳位保护。对于交流或可能产生反向浪涌的线路，需选择双向 TVS（如 SMAJ13CA）。

第二部分：主要应用领域

基于其 13.3V 的工作电压，SMAJ13A 非常适合用于工作电压为 12V 或 5V（考虑裕量） 的电子系统中，保护对电压敏感的集成电路、接口和信号线。

汽车电子系统（12V 系统）
- 应用点： 车载摄像头、传感器、信息娱乐系统接口、车身控制模块的 I/O 端口。
- 威胁来源： 负载突降（Load Dump）、抛负载、感性负载开关（如电机、继电器）产生的瞬态电压、静电放电（ESD）。
- 作用： 将瞬态高压（可能高达数十伏）迅速钳位到安全的 21.2V 以下，保护后端的 CMOS/MOSFET 或 ADC 等芯片。
工业控制与通信接口
- 应用点： RS-232/422/485 通信端口、CAN 总线、工业传感器（4-20mA 变送器、接近开关）的电源或信号线、PLC 的 I/O 模块。
- 威胁来源： 电源波动、开关噪声、感应雷击耦合、接线错误导致的短路或接反。
- 作用： 防止瞬态干扰导致通信错误或损坏接口芯片。
消费电子与计算机外设
- 应用点： USB 电源端口（5V）、12V 风扇接口、硬盘驱动器电源输入、音频/视频接口。
- 威胁来源： 热插拔引起的电弧、外部适配器劣化、人体静电放电（ESD）。
- 作用： 满足 IEC 61000-4-2（ESD）、IEC 61000-4-4（EFT）等电磁兼容性标准要求。
电源模块输入/输出保护
- 应用点： DC/DC 转换器的 12V 输入或输出端、开关电源的二次侧输出（如产生 12V 的输出）。
- 威胁来源： 前端开关噪声、初级侧耦合过来的尖峰、输出端感性负载反电动势。
- 作用： 吸收尖峰，提高电源的可靠性和稳定性。

第三部分：典型电路设计方案

TVS 的电路设计核心是 “就近、低阻抗、与被保护器件并联”。

方案一：直流电源线保护（最基本、最常用）

text

          +12V 电源输入
               |
               |  (可选，用于滤除高频噪声)
              Cbypass (10nF - 100nF，陶瓷电容)
               |
               |     TVS 并联在电源与地之间
               +----|<|---+   SMAJ13A (单向)
               |          |
              +-+        +-+
              | |        | |
              | | Rser   | |  Fuse（保险丝，可选）
              | | (小)   | |
              +-+        +-+
               |          |
               |----+-----|
               |    |     |
              GND  GND   GND (地平面)
               |
               |
            +--+--+
            |     |
            | 被保护 |
            | 电路  |
            | （负载）|
            |     |
            +-----+

设计要点：

TVS 放置： 尽可能靠近电源输入端或需要保护的芯片电源引脚。走线要短而粗，以减少寄生电感，确保快速响应。
接地： TVS 的接地端必须连接到干净、低阻抗的地平面。这是泄放能量的关键路径。
辅助元件：
- 保险丝（Fuse）： 在 TVS 前端串联一个快断型保险丝。当 TVS 因持续过压（如电源接错）而失效短路时，保险丝熔断，切断电路，防止起火。
- 限流电阻（Rser）： 有时会串联一个小电阻（如 1Ω）来限制进入 TVS 和后续电路的峰值电流，增强保护效果。
- 去耦/旁路电容（Cbypass）： 与 TVS 配合，构成高频滤波网络，滤除较低能量的高频噪声。

方案二：信号线/数据线保护

text

               信号源
                  |
                  |  (TVS 并联在信号线与地之间)
                  +----|<|---+   SMAJ13A (单向)
                  |          |
                  |         GND (地)
                  |
               +--+--+
               |     |
               | Rs  |
               | (小)|
               |     |
               +--+--+
                  |
                  V
                至接收芯片引脚

设计要点：

TVS 放置： 紧挨着被保护的 IC 引脚。
接地： 信号 TVS 的地必须连接到芯片所在的“安静地”，通常是数字地或模拟地，避免噪声耦合。
串联电阻（Rs）： 通常在 TVS 前串联一个 10Ω - 100Ω 的电阻。它有两个作用：一是限制 TVS 动作时的瞬间大电流，保护信号源和 TVS 自身；二是与 TVS 的结电容构成低通滤波器，一定程度上不影响正常信号带宽。
极性注意： 对于数据线（如 RS-485 A/B 线），通常会使用双向 TVS（SMAJ13CA），因为数据线可能出现正负摆动的干扰。如果确认干扰仅为正向，也可使用单向 TVS。

SMAJ13A瞬态抑制二极管应用领域电路设计方案及数据手册

第二部分：主要应用领域

第三部分：典型电路设计方案

方案一：直流电源线保护（最基本、最常用）

方案二：信号线/数据线保护

方案三：感性负载（继电器、电机线圈）反电动势抑制

第四部分：设计 checklist 与注意事项

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第二部分：主要应用领域

第三部分：典型电路设计方案

方案一：直流电源线保护（最基本、最常用）

方案二：信号线/数据线保护

方案三：感性负载（继电器、电机线圈）反电动势抑制

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