SMBJ12CA瞬态抑制二极管电路设计及数据手册

在设计前，必须理解其核心参数（以典型 datasheet 为准）：

Stand-off Voltage (Vrwm): 12V
- 这是电路正常工作的最大连续电压。TVS 在电压 ≤ 12V 时处于高阻态，对电路几乎无影响。设计时，系统的稳态工作电压必须低于此值，并留有裕量（例如，12V 系统常用 15V 或 16V 的 TVS）。
Breakdown Voltage (Vbr): 13.3V ~ 14.7V @ IT
- 这是 TVS 开始显著导通的电压点。是一个范围，表明器件间的差异性。
Clamping Voltage (Vc): 19.9V @ Ipp
- 这是最重要的参数！ 当承受最大峰值脉冲电流（Ipp，这里是 24.2A，8/20μs 波形）时，TVS 两端的电压会被钳制在约 19.9V 以下。这意味着，无论涌进来多大的瞬态能量，被保护的 IC 引脚承受的电压最高不会超过 19.9V。
Peak Pulse Current (Ipp): 24.2A (8/20μs)
- 在 8/20μs 标准测试波形下能承受的最大浪涌电流。与 Vc 是配对参数。
Bi-directional (双向)
- “CA” 后缀表示它是双向 TVS。它可以抑制 正、负两个方向 的瞬态过压。常用于交流线路或可能产生负压的直流线路保护。
Power (峰值脉冲功率): 600W (典型值，10/1000μs 波形)
- 在更宽的脉冲波形（10/1000μs）下，能承受的峰值脉冲功率。封装越大，此值通常越高。

设计要点：

位置：TVS 应尽可能靠近 电源输入端 或 需要保护的接口端子。
走线：从接口端子到 TVS 的引线要 短而粗，以减少寄生电感，确保瞬态电流能第一时间被 TVS 泄放。
接地：TVS 的接地端必须连接到 干净、低阻抗的接地平面（最好是金属外壳或专用的保护地），泄放路径阻抗要极小。
配合器件：
- 保险丝（Fuse）或 PTC：位于 TVS 之前，防止持续过流导致 TVS 烧毁短路进而引发火灾或电路失效。TVS 是瞬态保护，不能替代过流保护。
- 磁珠（Ferrite Bead）或小电感（L）：位于 TVS 和被保护电路之间，可以增强滤波效果，与后级电容形成 LC 滤波器，衰减高频噪声。
- 去耦电容：TVS 之后应有足够的储能和去耦电容（如 10uF + 0.1uF），为 IC 提供稳定电源，并辅助吸收残余的瞬态能量。

常用于 RS-232、RS-485、CAN 总线、数字 I/O 口等。

设计要点：

选择双向 TVS 的原因：信号线可能受到正负方向的瞬态脉冲（如 ESD）。
对信号的影响：TVS 有结电容（SMBJ12CA 典型值约几百 pF）。对于高速信号线（如 USB、HDMI），此电容可能导致信号失真。需选择 低电容 TVS（如专门用于高速线的 ESD 保护器件，电容通常 < 1pF）。SMBJ12CA 结电容较大，不适合直接用于高速信号。
布局：同样需要 极短的引线，确保 ESD 电流先经过 TVS 再到 IC。

确定 Vrwm：
- 假设你的直流电路正常工作电压为 12V。选择 Vrwm = 12V 的 TVS（SMBJ12CA）是合适的。如果系统有波动或噪声，建议选择 Vrwm = 15V 或更高（如 SMBJ15CA），以避免误触发。
确定被保护器件的耐受电压：
- 假设被保护的 MCU 电源引脚最大绝对额定电压为 20V。SMBJ12CA 的钳位电压 Vc(max) ≈ 19.9V，刚好低于 MCU 的耐受电压，保护是有效的。这是设计的核心。
估算所需 TVS 的功率/电流等级：
- 这取决于你需要抵御的瞬态威胁的 能量等级。
- 例如：需要满足 IEC 61000-4-5 浪涌测试 Level 3（±1kV，组合波，内阻 2Ω）。根据欧姆定律，理论最大峰值电流 Ipp = 1000V / 2Ω = 500A。这远大于 SMBJ12CA 的 24.2A。因此，SMBJ12CA 无法单独承受此类浪涌。
- 解决方案：对于电源端口的大能量浪涌，通常需要在入口处使用 压敏电阻（MOV） 或 气体放电管（GDT） 作为第一级粗保护，泄放大部分能量，再用 SMBJ12CA 作为第二级精细钳位。或者直接选择功率更大的 TVS，如 SMCJ、5.0SMDJ 系列。
结电容考虑：
- 对于信号线，计算信号带宽。如果信号速率 > 10 Mbps，SMBJ12CA 的结电容可能过大，需要寻找替代品。

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