SMBJ170CA瞬态抑制二极管应用领域电路设计及数据手册

semiwell

2 周前

SMBJ170CA是一款采用SMB封装的单向瞬态抑制二极管。

SMBJ：表示SMB封装、结型。
170：表示其反向断态电压（VRWM） 为170V。这是它在电路中正常工作时可以持续承受的最大电压，低于此电压时TVS呈现高阻态，对电路几乎无影响。
CA：表示其为单向TVS。它只对一个方向的过压进行钳位（通常是正向导通，反向钳位），主要用于直流电路或需要单向保护的场合。
关键参数（典型值）：
- 击穿电压（VBR）： 189V ~ 209V @ IT（测试电流）
- 最大钳位电压（VC）： 274V @ IPP（峰值脉冲电流，通常是行业标准的8/20μs波形）
- 峰值脉冲功率（PPP）： 600W（在10/1000μs波形下），SMB封装的典型功率等级。
- 漏电流（IR）：微安级，在VRWM下非常小。

2. 主要应用领域

由于其170V的工作电压和600W的峰值功率，SMBJ170CA非常适合用于交流电源线的次级侧保护和中高直流电压总线的保护。

AC-DC电源模块/适配器：
- 应用位置： 通常安装在整流桥之后、直流母线滤波电容两端。
- 作用： 抑制从交流输入端耦合进来的浪涌电压（如雷击感应浪涌、电网操作过电压），防止后级的DC-DC变换器、MOSFET、电容器等器件被高压尖峰损坏。
- 常见规格： 在220VAC输入（整流后峰值约311VDC）的电源中，通常会选择VRWM略高于311V的TVS（如SMBJ440CA）。但SMBJ170CA可用于110VAC输入（整流后峰值约155VDC）的系统，或作为辅助电源、控制电路电源等较低电压支路的保护。
工业控制与自动化设备：
- 保护PLC的I/O模块、传感器电源端口、通信端口（如RS-485、CAN总线，但需注意其电压匹配，170V过高，通信端口常用5V-24V的TVS）。
- 保护直流电机驱动电路、继电器线圈等感性负载产生的反电动势。
新能源领域：
- 光伏系统的DC侧保护（如小功率逆变器的直流输入端），但需根据系统电压选择，170V适合较低电压的光伏组件。
- 电动汽车的辅助电源系统、电池管理系统的电压采样线保护。
家用电器与消费电子：
- 内置开关电源的家电（如空调、洗衣机控制板）的直流母线保护。
通信设备：
- 保护基站或网络设备中位于一次电源后级的二次电源模块。

3. 电路设计要点与注意事项

在设计使用SMBJ170CA的电路时，需遵循以下原则以确保可靠性和有效性：

设计步骤与要点：

确定工作电压（VCC）：
- 被保护电路的最大持续工作电压必须小于TVS的VRWM（170V）。通常建议：VCC ≤ 85% * VRWM。对于170V的TVS，建议持续工作电压不高于约145V，以留出足够裕量。
选择单向/双向：
- SMBJ170CA是单向的。仅用于直流电路。如果用于交流线路或可能出现正负双向浪涌的场合，应选择双向TVS（如SMBJ170CA对应的双向型号通常是相同规格但无“A”后缀或标识为“CA”的双向管，需查证 datasheet）。
- 单向TVS在直流电路中的连接： 阴极（有标记的一端）接电源正极，阳极接电源地。这样对正向浪涌进行反向击穿钳位，对负向浪涌正向导通。
计算或预估浪涌能量：
- 根据应用环境（如雷击测试等级：IEC 61000-4-5）确定需要承受的浪涌电流（IPP）和波形。
- SMBJ170CA的600W功率是在10/1000μs波形下定义的。对于标准的8/20μs浪涌波形，其可承受的峰值电流 IPP = PPP / VC ≈ 600W / 274V ≈ 2.2A。对于更大的浪涌，可能需要功率更高的TVS（如SMCJ系列）或与压敏电阻（MOV）组成两级防护。
关注钳位电压（VC）：
- 这是TVS在承受最大峰值脉冲电流时，其两端呈现的电压。必须确保此 VC（274V） 低于被保护器件（如IC、MOSFET）的最大耐受电压，并留出20%以上的安全裕量。例如，保护一个耐压为400V的MOSFET是安全的。
布局与布线至关重要：
- 路径最短： TVS应尽可能靠近需要保护的端口或器件摆放。
- 回路最小： 连接TVS的走线应短而粗，与地平面的连接必须非常良好（低电感），以减小防护路径的寄生电感，确保浪涌电流能迅速被TVS吸收。
- 典型错误： 将TVS放在远离接口的位置，用长线连接，这会引入寄生电感，导致钳位电压升高（Vclamp = VC + L*di/dt），失去保护作用。
接地设计：
- 必须有一个干净、低阻抗的接地平面。TVS的地和被保护电路的地应在同一点或一个非常低阻抗的平面上连接，避免地电位在浪涌期间被拾高。

典型应用电路图示例（以直流电源输入端口保护为例）：

text

                             +-------------+
                   保险丝    |             |
       Vin+ o-----/\/\/------|----+        |      被保护
                             |    |        |      电路
                             |    |【TVS】 |      负载
                             |   +|-[SMBJ170CA]-+  | |
                             |   | |        |  |  | |
       Vin- o----------------|----+-(阳极)  |  |  |_|
                             |        (阴极)|  |   |
                             |             |  |   |
                             |             |  +---+
                             |             |      |
                             |          [C_bypass]|
                             |             |     === GND
                             +-------------+

Fuse（保险丝）： 串联在输入回路，防止持续过流损坏TVS或后级电路。
TVS（SMBJ170CA）： 并联在正负输入端，吸收瞬态过压能量。
C_bypass（旁路电容）： 通常为0.1μF~10μF的陶瓷电容，用于滤除高频噪声，与TVS配合提供更宽的频谱保护。

4. 总结与选型对比

SMBJ170CA的核心优势： 针对~110VAC整流后或~150VDC以下的直流总线，提供快速、精确的钳位保护。
何时不适用：
- 工作电压高于150VDC的系统。
- 需要承受极高能量浪涌（如直接雷击）的场合，应选用更高功率TVS或组合电路。
- 交流线路保护，除非确认浪涌为单向且极性已知，否则应用双向TVS。
- 低电压信号线保护（如3.3V、5V、12V），应选用对应低压TVS，以避免漏电流影响和无法有效钳位。

电性参数

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2. 主要应用领域

3. 电路设计要点与注意事项

4. 总结与选型对比

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