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DC 12V/24V-电源口静电放电防护方案

方案简介

DC（Direct Current）即直流电，是一种电流方向始终保持不变的电流形式。与交流电（Alternating Current，简称AC）相比，直流电在电路中的流动方向是恒定的，不随时间作周期性变化，其具有稳定性好、易于转换、传输损耗小等特点，是许多设备和系统不可或缺的电源供应方式。12V直流电源广泛应用于汽车电子系统、太阳能系统和小型电子设备；24V直流电源主要使用在大型工业设备、通信和数据中心、船舶和海洋工程等，在工业自动化重要领域，采用较高的电压等级可以提高电力传输的效率和稳定性。

电源作为电子产品的“心脏”，它能否稳定可靠的运行，直接决定着产品最终的可靠性，实际应用中复杂的电磁环境，导致设备及易遭受静电或其它感应过电压等情况的影响而损坏，本文分别展示在汽车电路和普通电路中的DC12V/24V静电浪涌保护，采用导通电压精准度高、响应速度快、钳位电压低的TVS瞬态抑制二极管做保护，满足IEC 61000-4-2 Level 4静电放电及IEC 61000-4-5 Level 1雷击浪涌防护需求的同时且做到成本最优化。

 

DC的TVS防护

为了确保电源的安全可靠性，需要进行全面的保护措施。TVS作为一种重要的瞬态抑制器件，能够快速吸收和抑制电路中的瞬态过压脉冲，从而保护电路中的电子元器件不受损坏。当TVS的两极收到反向瞬态浪涌电压冲击时，它能以ps量级的速度将其两极间的高阻抗变为低阻抗，迅速吸收高达数千瓦数量级的浪涌功率，使两级间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路元器件免受各种形式的浪涌脉冲的损害。

DC需要选择合适的TVS防护器件，尤其是在汽车电路中，需要考虑如下要求：

  1. 耐受电压尖峰：电路中的过电压尖峰可能会对TVS造成损坏，因此需要选择合适功率的TVS型号。
  2. 可靠性：汽车电路中的TVS需要具有高可靠性，能够长时间稳定工作，并承受各种恶劣的工作环境，因此需要满足AEC-Q101可靠性标准。
  3. 尺寸和重量：汽车电路中的TVS需要考虑到尺寸和重量的限制，以避免对汽车的布局和重量造成影响。
  4. 认证和合规性：TVS应符合相关的国际标准和认证要求，以确保其符合汽车行业的要求和规定

应用示例

12V直流DC电源端口我们推荐SMBJ15CA型号的大功率TVS，其功率可达600W，最大钳位电压24.4V，IPP为24.6A，满足IEC 61000‐4‐2 Level4(接触放电±8kV，空气放电±15kV)及IEC 61000-4-5 Level 1雷击浪涌防护需求。

24V直流DC电源端口我们推荐SMAJ36CA型号的大功率TVS，其功率可达400W，最大钳位电压58.1V，IPP为6.9A，满足IEC 61000‐4‐2 Level4(接触放电±8kV，空气放电±15kV)及IEC 61000-4-5 Level 1雷击浪涌防护需求。

对于汽车电路中的12V直流DC电源端，我们推荐选用一颗汽车级TVS二极管SM8S24A，双向贴片、通过AEC-Q101认证、峰值脉冲功率6600W、最大钳位电压38.9V、峰值脉冲电流170A，DO-218封装。

对于汽车电路中的24V直流DC电源端，我们推荐选用一颗汽车级TVS二极管SM8S36A，双向贴片、通过AEC-Q101认证、峰值脉冲功率6600W、最大钳位电压58.1V、峰值脉冲电流110A，DO-218封装。

这两款TVS管非常适合汽车DC供电系统抛负载防护，是成熟、稳定、高可靠性的汽车品质TVS管。

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

封装

SMBJ15CA

Bi.

15

24.6

24.4

SMB

SMAJ36CA

Bi.

36

6.9

58.1

SMA

SM8S24A

Uni.

24

170

38.9

DO-218

SM8S36A

Uni.

36

114

58.1

DO-218

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VR

 

 

 

15

V

Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

16.7

 

18.5

V

Test Current

IT

 

 

1

 

mA

Maximum Clamping Voltage

VC

IPP=24.6A

 

24.4

 

V

Maximum Peak Pulse Current（tp=10/1000us）

IPP

 

 

24.6

 

A

Maximum Reverse Leakage

IR

VRWM=15V

 

1

 

uA

表1 SMBJ15CA电气特性表

 

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VR

 

 

 

36

V

Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

40

 

44.2

V

Test Current

IT

 

 

1

 

mA

Maximum Clamping Voltage

VC

IPP=10.3A

 

58.1

 

V

Maximum Peak Pulse Current（tp=10/1000us）

IPP

 

 

6.9

 

A

Maximum Reverse Leakage

IR

VRWM=36V

 

1

 

uA

表2 SMAJ36CA电气特性表

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VR

 

 

 

24

V

Breakdown Voltage

VBR

IT=5mA

26.7

 

29.5

V

Test Current

IT

 

 

5

 

mA

Maximum Clamping Voltage

VC

IPP=170A

 

38.9

 

V

Maximum Peak Pulse Current（tp=10/1000us）

IPP

 

 

170

 

A

Maximum Reverse Leakage

IR

VRWM=24V

 

0.5

 

uA

表3 SM8S24A电气特性表

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VR

 

 

 

36

V

Breakdown Voltage

VBR

IT=5mA

40

 

44.2

V

Test Current

IT

 

 

5

 

mA

Maximum Clamping Voltage

VC

IPP=114A

 

58.1

 

V

Maximum Peak Pulse Current（tp=10/1000us）

IPP

 

 

114

 

A

Maximum Reverse Leakage

IR

VRWM=36V

 

0.5

 

uA

表4 SM8S36A电气特性表

总结与结论

电源作为各种电子产品的驱动，其可靠性和稳定性极为关键，选用合适的TVS二极管保护电源接口免受静电放电和浪涌事件的干扰十分重要。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和大功率车规级或常规级TVS保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护DC 12V/24V电源的优选之策，确保设备能够高效、可靠地运行。