SMBJ18CA瞬态抑制二极管TVS应用领域电路设计及数据手册

一、 器件关键参数解析 (SMBJ18CA)

首先，理解器件参数是正确应用的基础：

• 型号： SMBJ18CA
  • SMB： 封装形式（DO-214AA），表明其功率等级为600W（脉冲峰值功率）。
  • J： 结型，泛指单向或双向。此处需要结合后缀看。
  • 18： 反向断态电压（Stand-off Voltage） 为18V。这是指在正常工作时，TVS两端的最大连续直流电压。电路的工作电压应略低于此值。
  • C： 表示其为 双向TVS。这是关键！双向TVS可防护正、负两个方向的瞬态过压。
  • A： 代表容差等细节，通常指其击穿电压为标称值的±5%或±10%。
• 核心保护参数：
  • 击穿电压（Breakdown Voltage， V_BR）： 通常在20.0V - 22.2V之间（最小值）。当瞬态电压超过此值，TVS开始雪崩击穿，钳位电压。
  • 最大钳位电压（Maximum Clamping Voltage， V_C）： 在承受额定峰值脉冲电流（I_PP）时，TVS两端的最大电压。对于SMBJ18CA，在10/1000μs波形下，I_PP=21.1A时，V_C约为29.2V。这是您后端电路实际会承受的最高电压。
  • 峰值脉冲电流（Peak Pulse Current）： 如上所述，标准测试条件下为21.1A。

简单总结： SMBJ18CA是一款双向、18V工作电压、600W功率的TVS，适用于防护交流信号线或工作电压在12V-15V左右的直流电路，能将危险的瞬态高压（如浪涌）钳制在29V以下，从而保护后级精密器件。

二、 主要应用领域

由于其双向特性，SMBJ18CA特别适合以下场景：

1. 通信接口保护：
   • RS-485/422、CAN、CAN-FD总线： 这些工业/汽车网络常使用差分信号，可能遭受ESD、感应雷击浪涌等干扰。将SMBJ18CA并联在信号线对地（或线对线）之间，可以有效吸收共模和差模浪涌。
   • 以太网（PoE应用）： 在基于IEEE 802.3af/at的PoE设备中，电源（通常为48V）与数据线共存。在受电设备的DC-DC输入端（转换后电压可能为12V），SMBJ18CA可用于防护从网口引入的电源线浪涌。
   • 电话线路（TELCO）： 防护用户端设备。
2. 模拟/数字信号线保护：
   • 任何工作电压在±15V以内的模拟信号线（如传感器输出、音频线路），都可能需要双向过压保护，防止因外部干扰（如继电器开合、电机启停）产生的正负电压尖峰。
3. 低电压AC电源输入防护：
   • 例如24V AC控制电路、工控设备的低压交流侧，在整流桥前使用双向TVS，可以抑制从电网传入的浪涌。
4. 直流电源线保护（需注意极性）：
   • 虽然它是双向的，但也可以用于直流系统。只需将其并联在电源正极和地之间。此时，对于正常的正电压，它处于反向截止状态；对于正浪涌，它进行钳位。对于可能出现的负向浪涌（例如感性负载反电动势导致的电压下冲），它也能导通钳位，这是相比单向TVS的优势。
   • 典型工作电压： 12V系统（汽车、工业）。因为12V系统的实际工作电压最高可达14.4V左右，选择18V的VRWM留有一定余量，是常见选择。
5. 电机驱动、继电器、电磁阀等感性负载的尖峰吸收：
   • 在驱动线圈、电机等感性元件时，关断瞬间会产生极高的反向感应电压（L*dI/dt）。在驱动管（MOSFET/IGBT）的D-S极或C-E极之间并联SMBJ18CA，可以有效地钳位这个电压，防止功率管被击穿。此时双向特性非常有用。

三、 电路设计要点与典型电路

设计原则：

1. VRWM选择： VRWM ≥ 电路的最大稳态工作电压。对于12V系统，可选15V或18V。一般取 VRWM ≈ 1.1 ~ 1.2 * VCC_正常最大值。
2. 钳位电压VC确认： 确保 VC < 被保护器件的最大耐受电压。例如，如果后端IC的绝对最大耐压为35V，那么29.2V的VC是安全的，并需留有一定裕量。
3. 布局布线关键：TVS的路径必须最短！ 寄生电感会严重降低TVS的响应速度并产生额外电压尖峰。
   • 应使用短而粗的走线，优先放置在接口连接器入口处。
   • 接地端必须连接到低阻抗的“干净地”，最好是金属外壳或专用防护地（PGND）。

典型应用电路示例：

1. 直流电源线防护（如12V/24V输入）：

text

[External Power Source] ---> [FUSE] ---> [GND]
                                  |
                                  |
                             [Inductor/ Ferrite Bead] (可选，用于隔离高频噪声)
                                  |
                                  V
                         +----[SMBJ18CA]----+ 到系统地(GND)
                         |                   |
                         |                   |
                         V                   V
                    [Bulk Cap]          [TVS GND Pin应短接至大铜皮)
                         |
                         |
                         V
                    [DC-DC Converter or Load]

说明： TVS尽可能靠近电源输入端。保险丝用于防止TVS失效短路造成火灾。磁珠/电感可将高频噪声限制在端口侧。

2. 通信接口防护（以RS-485为例）：

text

                           RS-485 Bus A线 <-------------------> 到远端设备
                                 |                                  |
                                [R] (可选，限流电阻)                 |
                                 |                                  |
                     +----[SMBJ18CA]----+到机壳地(Metal Case)       |
                     |                   |                          |
                     |                   |                          |
                     V                   V                          V
                [TVS for A-GND]    [TVS for B-GND]             [类似的保护网络]
                     |                   |                          |
                     |                   |                          |
                     V                   V                          V
                           RS-485 Bus B线 <-------------------> 到远端设备

                                  本地设备
                           A -----[RS-485 Transceiver]----- B
                                  GND

说明： 通常采用三级防护：前级气体放电管（防雷）、中间压敏电阻/TVS、后级TVS/ESD器件。SMBJ18CA因其响应速度快和功率适中，常作为中间或后级防护。对于A-B线间的差模防护，可使用一个双向TVS并联在A-B之间。

3. 感性负载尖峰吸收（电机/继电器驱动）：

text

                      [Driver IC] 
                          |
                          | Gate
                          V
                       [MOSFET]
                       Drain |  Source
                         |       |
                         |       V
                 +----[SMBJ18CA]----+ 到电源地(PGND)
                 |       |           |
                 |       |           |
                 V       V           V
               [Motor/Coil]       [Flyback Diode] (可选，与TVS协同)

说明： TVS直接并联在MOSFET的漏极和源极之间，为关断时电感能量提供泄放路径，将D-S电压钳位在安全值内。

四、 选型对比与注意事项

• 单向 vs 双向：
  • 如果线路中只存在单一极性的直流电压，单向TVS（如SMBJ18A） 是更优选择，因为其在反向击穿区的特性更“陡峭”，钳位效果可能更精确。
  • 如果线路中存在交流信号，或可能产生正负两个方向的浪涌（如汽车抛负载 Load Dump 会产生正浪涌，感性负载会产生负压），则必须使用双向TVS（SMBJ18CA）。
• 与其它器件的配合：
  • 前级配合保险丝： 防止持续过载导致TVS热失效短路。
  • 配合共模电感/磁珠： 构成π型滤波，既能滤除高频传导干扰，又能将浪涌能量限制在端口侧，提升防护效果。
  • 与稳压二极管区别： TVS为瞬态功率设计，能承受瞬时大电流；稳压二极管为连续功率设计，用于电压基准。不可用稳压管替代TVS做浪涌防护。
• 环境考虑： 在高可靠性领域（如汽车、工业），需考虑TVS的降额使用，并关注其工作温度范围（SMBJ系列通常为-55°C to +150°C）。

总结

SMBJ18CA 是一款通用性强、非常经典的双向TVS二极管。其在通信端口、12V/24V直流电源输入端、以及含有感性元件的电路中有着广泛应用。成功设计的关键在于：

1. 正确理解其双向特性和钳位电压VC。
2. 将其尽可能靠近干扰入口布置。
3. 确保其接地路径短而粗。
4. 根据实际应用场景，与保险丝、电感等器件构成合理的防护电路

电性参数

封装尺寸

数据手册

供货情况
SMBJ18CA应用领域电路设计及数据手册系列产品采用 DO-214AA(SMB) 封装，每卷3,000个，如需了解产品详情，请访问https://semiwell.com/product-general-tvs/smbj18ca/； 现提供样品，您可向全球各地矽门微Semiwell的授权经销商索取样品。

关于Semiwell
矽门微Semiwell拥有过电压保护器件系列产品的完善产品阵容。公司凭借其在半导体领域的技术和终端产品的应用背景，为电子、汽车和工业市场上的客户提供服务。如果您有技术问题，请按以下方式联系技术支持团队；邮箱：sales06@semiwell.com； 免费技术支持热线：86-21-5484-1002；如需了解更多信息，请访问矽门微Semiwell官方网站：https://semiwell.com