一、SMCJ15CA 关键参数解读

首先，理解其参数是正确设计的基础：

  • SMC： 封装形式（DO-214AB），功率较大，比SMA、SMB封装能承受更高的瞬态功率。
  • J： 结型，表示是单向TVS二极管。
  • 15： 反向断态电压（VRWM）为15V。这意味着在15V及以下电压时，TVS呈现高阻态，对电路基本无影响。选择此TVS的电路正常工作电压应≤15V。
  • C： 代表容差，其击穿电压（VBR）范围在16.7V ~ 18.5V之间。
  • A： 代表单向TVS。它只对一个方向的过压进行钳位（正向像二极管导通，反向在VBR处击穿钳位）。常用于直流电路或需要保护非对称信号的场合。

主要保护参数：

  • 峰值脉冲功率（PPPM）： 1500W（10/1000μs波形）。
  • 钳位电压（VC）： 在IPP=24.2A时，最大值为24.4V。这是设计的关键——当浪涌来袭时，TVS会将电压强行限制在24.4V以内，以保护后级电路。

二、主要应用领域

基于其15V的VRWM，SMCJ15CA广泛应用于工作电压在12V或15V左右的直流电源线和信号线的瞬态过压保护。

  1. 汽车电子（12V系统）：
    • 应用点： 车身控制模块（BCM）、仪表盘、娱乐系统、传感器（如氧传感器、ABS轮速传感器）的电源输入口。
    • 威胁： 负载突降（Load Dump）、抛负载、感性负载开关（如继电器、电机）产生的电压尖峰。
    • 作用： 将电源线上的瞬态高压钳位到安全范围（<24.4V），防止IC被烧毁。
  2. 工业控制与自动化：
    • 应用点： PLC的I/O模块（12/24V数字输入）、传感器电源线（12/15V）、RS-232/RS-485通信接口（虽然电压低，但可用于保护侧）、继电器驱动线圈的续流保护。
    • 威胁： 继电器、接触器、电机启停引起的感应浪涌、电源波动、静电放电（ESD）。
  3. 消费电子与通信设备：
    • 应用点： 路由器、交换机等网络设备的12V直流电源输入端口。外设（如打印机、扫描仪）的直流电源接口。
    • 威胁： 雷击感应浪涌（通过电源线耦合）、电源适配器插拔产生的瞬变。
  4. 太阳能光伏系统：
    • 应用点： 小型光伏控制器或监测设备的12V侧输入/输出端。
    • 威胁： 雷击感应、开关操作过电压。

三、典型电路设计方案与要点

TVS二极管的设计核心是 “正确布局，尽量靠近干扰入口，提供低阻抗泄放路径”。

方案1：直流电源输入口保护（最常用）

这是SMCJ15CA最典型的应用场景，用于保护后端的DC-DC转换器或线性稳压器。

设计要点：

  1. 极性： 单向TVS的阴极（K）接电源正极（+），阳极（A）接GND。这样在正极性浪涌到来时，TVS反向击穿钳位；如果电源意外反接，TVS会正向导通（约0.7V），形成大电流，此时需要依靠前级保险丝（F）熔断来保护整个电路。这是使用单向TVS时必须考虑的风险点。
  2. 布局： TVS必须尽可能靠近电源输入端或连接器，引线要短而粗，确保浪涌电流能第一时间被TVS吸收，而不是绕过后级电路。
  3. 协同保护：
    • 保险丝（F）： 必不可少，防止TVS在持续过压或短路时发生热损坏甚至起火。
    • 滤波电感（L）/磁珠： 与TVS和电容构成π型滤波，既能滤除高频噪声，也能延缓浪涌上升沿，提升TVS保护效果。
    • 滤波电容（C1， C2）： 提供额外的能量缓冲和滤波。

方案2：低速信号线/数据线保护（如传感器信号线）

用于保护连接到微控制器（MCU）ADC或GPIO口的敏感信号线。

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                   VCC (如3.3V)
                    |
                    R_pullup (可选)
                    |
Signal In ---->|---/\/\/---|-----> To MCU GPIO/ADC
               |     R_s   |
               |           |
              TVS         C_filter
            SMCJ15CA      (如10nF)
   (A接信号线, K接VCC)     |
               |           |
              GND---------GND

设计要点：

  1. 连接方式： 将TVS并联在信号线与信号地之间。注意，单向TVS的阴极应接在信号电压的更高电位端。如果信号是0-12V，则阴极接12V参考轨或直接接电源正极（如果系统允许）；如果信号是相对系统地，则阴极接信号线，阳极接地（此时主要钳位负向浪涌，正向浪涌依赖内部二极管钳位至VCC，需在VCC上有TVS或稳压措施）。
  2. 串联电阻（R_s）： 非常关键。它限制流入TVS和MCU的瞬态电流，与TVS协同分压。其值根据信号频率和负载电流选择（通常为10Ω ~ 1kΩ）。
  3. 滤波电容（C_filter）： 与R_s构成RC低通滤波，进一步平滑高频噪声和残留的瞬态电压。
  4. 选择权衡： 对于纯数字信号线，有时会选择双向TVS或专门的低电容ESD保护二极管。SMCJ15CA的结电容相对较高（约数百pF），不适合用于高速信号线（如USB、HDMI），但完全适用于kHz级别的低频信号（如传感器、按键、低速串口）。

方案3：继电器/感性负载的续流（反电动势）保护

并联在继电器线圈、电机、电磁阀等感性负载两端，吸收开关时产生的反向感应电压。

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              +12V
               |
               |
        [继电器线圈]
               |
        _______|_______
       |               |
      TVS           Switch (N-MOSFET或NPN)
   SMCJ15CA             |
   (A接+12V侧)          |
       |               |
      GND-------------GND

设计要点：

  1. 极性： 阳极（A）接电源正极侧，阴极（K）接开关管侧。当开关管断开时，线圈产生的正极性反电动势（下正上负） 会使TVS正向导通（0.7V），而负极性反电动势（上正下负，电压可能很高） 会使TVS反向击穿，从而将电压钳位在安全值（VC），保护开关管（MOSFET）不被击穿。
  2. 替代方案： 通常，对于继电器线圈，一个普通的续流二极管（1N4007）即可。但TVS（尤其是单向）响应更快，钳位电压更低，对MOSFET的保护更好，但成本更高。

四、设计注意事项与总结

  1. 工作电压匹配： 确保被保护线路的最大持续工作电压 ≤ VRWM (15V)，并留有一定余量（建议≤ 12V系统）。
  2. 钳位电压评估： 后级被保护器件的最大耐压必须 > VC (24.4V)，并留有足够的安全裕量。
  3. 功率选择： SMCJ15CA的1500W功率针对标准测试波形。对于可能遭遇雷击等大能量浪涌的端口（如户外设备电源口），应评估实际浪涌能量（如8/20μs波形电流值），或采用多级防护（如GDT+TVS+PTC）。
  4. 单向 vs 双向： 单向TVS用于直流或非对称信号；如果线路可能存在正负双向的浪涌（如交流线路、差分信号线、不确定极性的电源），应选用双向TVS（如SMCJ15CA的对应双向型号SMCJ15A）。
  5. 布局是生命线： 糟糕的PCB布局会使再好的TVS失效。务必保证TVS到被保护线路和参考地平面的路径最短、阻抗最低

电性参数

封装尺寸

数据手册

SMCJ15CA 瞬态抑制二极管 数据手册下载

供货情况
SMCJ15CA系列产品采用DO-214AB（SMC）封装，每卷3,000个，如需了解产品详情，请访问https://semiwell.com/product-general-tvs/smcj15ca/； 现提供样品，您可向全球各地的 Semiwell 的授权经销商索取样品。

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