利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路。

分享本文，分析限幅电路和钳位电路，是如何用二极管来实现的。

限幅电路

如下图所示，当在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二极管正向导通。此时，

VOUT会被钳位在0.7V上。

而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态，在负半周期时相当于电流反向，二极管也是截至状态，此时VOUT=VIN，VOUT波形跟随VIN变化。

限辐电路示意图

根据上面限辐电路的原理，可以设计如下双向限辐电路。

双向限辐电路示意图

然而有时候0.7V电压不能满足要求，那么，怎么产生不同大小的限幅电压？

在电路中加入偏置电压VBIAS，只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通。此时VOUT被钳位，其值是0.7V+VBIAS，如下图所示。

偏压限幅电路示意图

钳位电路

下面是二极管结合电容实现的钳位电路。分析中不考虑二极管的导通压降，假设RC时间常数足够大，从而使输出波形不会失真。

钳位电路原理

当输入Vin在负半周期为负时，电流如下图中红色箭头所示。二极管导通，电容逐渐充电至V，在此过程中Vout=0。

当输入Vin在正半周为正时，电流如蓝色箭头所示。二极管截止，Vout等于电容上电压加上正半周电压V，此时Vout=2V。

钳位电路原理

偏压钳位电路

跟限幅电路类似的，为了获得所需要的钳位值，要在电路中加入偏置电压，如下图所示。

偏压钳位电路

当所加的偏压与二极管导通方向一致，钳位值会提高V1，Vout=2V+V1。

双向二极管钳位电路应用举例

在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护，如下图所示，假设0.7V为D1和D2的导通电压。

• Vin大于等于Vmax，D1导通，Vout会被钳位在Vmax

• Vin小于等于Vmin时，Vout被钳位在Vmin

二极管钳位保护电路

意法半导体新推出的SMB15F系列1,500 W瞬态电压抑制二极管（采用SMB Flat封装）已经通过认证。与SMC封装相比，SMB Flat封装的体积减少了50%。除了空间方面的改进，价格更有优势，为企业节约了预算。此外，更小的尺寸有利于提高功率密度和提高效率。事实上，SMB15F系列的泄漏电流比竞争产品大约低五倍。因此，这些1500 W器件已经在5G设备和其他应用中进行了评估。

为什么意法半导体推出两个SMB15F系列 - SMB15FxxA和SMB15FxxAY？

以“A”结尾的零件编号面向工业应用，而以“AY”结尾的则是汽车级产品。硅基元件是相同的，但“AY”型号经过更严格的测试和使用情况跟踪，才能通过AEC-Q101汽车级认证。每个系列目前有26种型号 - 基于设备的最大反向工作电压。例如，SMB15F11AY是我们1,500 W型号的汽车级版本，最大反向工作电压为11V。 每个系列的最大反向工作电压最低为5 V，最高可达64 V。

为什么行业需要采用SMB Flat封装的1,500 W TVS？

意法半导体在2019年对SMB15F器件进行了首件检验，此举极具象征意义，在重要市场也得到了印证。例如，在中国举办的2019年工业峰会上，我们确认对更高功率密度的需求越来越旺盛。机器人应用之前使用的是IGBT驱动器，碳化硅技术正在改变电动汽车。快进到2021年，我们的工业峰会上展出了更多需要高功率保护且采用微型封装的元器件。从无人机到智能楼宇解决方案，再到电动自行车，保护敏感元件不受浪涌电流的影响变得越来越重要。随着产品体积越来越小，同时功耗却越来越高，使用更小、更扁平的封装势在必行。

SMB15F将取代采用SMC封装的1,500 W TVS吗？

当前的1,500 W器件将继续存在。我们了解到一些公司需要时间来切换到新封装。一旦团队对器件进行了认证并将其用到设计中，自然就要对其进行充分的利用。但是，基于市场现实，我们强烈呼吁采用这种高性价比的SMB Flat封装。因此，我们的目标是帮助团队从SMC封装过渡到SMB Flat封装。例如，许多采用SMC封装的元件在SMB15F系列中都有一个对等的版本，只要体积兼容，就可以帮助工程师继续使用自己熟悉的PCB。

为什么我们必须等到2021年才让采用SMB Flat封装的1,500 W TVS通过认证？

从SMC向SMB Flat封装过渡的技术复杂性很容易被忽略，这是因为我们已掌握TVS产品组装线技术30多年，从而能够提供这一现代化高性价比解决方案，并引领行业。

SMB15F器件代表着TVS二极管历史的新篇章。ST的SMC系列已有20多年的历史，SMB Flat型号有望取得类似的成功，因为它们不仅降低了成本，还提高了可靠性。与上一代产品一样，SMB15F非常稳健，因此我们可以提供相同晶片的工业级和汽车认证版本(AEC-Q101)。ST还提高了生产能力，以确保希望早日赶上潮流的公司能够安心地采用新产品，并确信他们能够满足客户需求。

SMB15F器件与采用SMC封装的替代产品相比如何？

对于管理人员或经验不足的工程师来说，封装进一步扁平化所带来的优势并不显著。因此，意法半导体编写了应用笔记，以不同的基准进行说明。例如，下图比较了采用SMC封装和SMB Flat封装的类似器件。蓝色曲线显示钳位过程中的电压几乎相同，由于耗散，两者之间只有0.3 V。同样，浪涌电流（粉色曲线）也显示类似的特性。因此，该文件证明，SMB15F器件能够在不牺牲其保护能力的情况下降低成本和减少PCB面积。

微型Flat封装中是否还有其他TVS器件？

意法半导体还提供采用SMA Flat封装和SMB Flat封装的400 W和600 W瞬态电压抑制器。该器件的引脚与上代器件的引脚兼容，而600 W型号可采用SMA Flat和SMB Flat封装，这有助于一些公司从传统的SMB器件过渡到SMA Flat封装。实际上，SMB Flat封装提供了一个中间步骤。在很多情况下，尽管制造商已拥有与更薄器件兼容的取放机器，但工程师往往会忽略这些组件，而将精力集中在设计的其他方面。对于封装进一步扁平化的1,500 W TVS二极管，通过提升其可及性，设计人员可以过渡到更具成本效益的解决方案，同时关注到PCB的其他部分。

全球知名半导体制造商ROHM（总部位于日本京都市）开发出一款高输出功率半导体激光二极管“RLD90QZW3”，非常适用于搭载测距和空间识别用LiDAR*1的工业设备领域的AGV*2（无人搬运车）和服务机器人、消费电子设备领域的扫地机器人等应用。

近年来，在扫地机器人、AGV和自动驾驶汽车等需要自动化工作的广泛应用中，可以准确测量距离和识别空间的LiDAR日益普及。在这种背景下，为了“更远”、“更准确”以及“更低功耗”地检测到信息，对提高作为光源的激光二极管的性能提出了更高要求。

ROHM已经拥有实现了更窄的激光线宽的自有专利技术，有助于LiDAR支持更远的距离并实现更高的精度。25W高输出功率激光二极管“RLD90QZW5”从2019年开始量产，在以消费电子设备领域为主的应用中越来越多地被采用。此次，为了将应用扩展到市场日益增长的工业设备领域，ROHM开发出75W高输出功率的激光二极管“RLD90QZW3”。

“RLD90QZW3”是一款红外75W高输出功率激光二极管，针对利用3D ToF系统*3进行测距和空间识别的LiDAR而开发。利用ROHM自有的元器件开发技术，在业界同等输出功率激光二极管中实现了225µm的超窄线宽。与线宽290µm的普通产品相比，线宽缩窄22%，实现了高光束性能。同时，通过使发光强度更均匀，并利用激光波长较低的温度依存性，可稳定发挥高性能，因此有助于LiDAR在各种环境下实现长距离应用和更高精度。此外，与窄线宽存在此消彼长关系的光电转换效率，也达到了与普通产品同等的21%（正向电流24A、75W输出时），因此在采用本产品时无需担心功耗会增加。

除此之外，为支持新产品快速引入市场，在ROHM官网上还免费提供评估和导入新产品所需的丰富设计数据，其中包括含有驱动电路设计方法的应用指南、电路仿真和光学仿真用的模型等。

新产品于2021年6月开始出售样品（样品价格6,000日元/个：不含税），计划于2021年10月开始暂以月产20万个的规模投入量产。新产品在电商平台Ameya360和Sekorm上也已开售。

目前，ROHM正在开发具有120W高输出功率和车载级（符合AEC-Q102标准）激光二极管产品。未来，ROHM将继续为包括汽车领域在内的安全、便捷的LiDAR应用产品的开发贡献力量。

新产品特点

1、实现225µm业界超窄线宽，有助于支持长距离应用并实现更高精度

新产品“RLD90QZW3”利用ROHM激光二极管元器件开发相关的专利技术，作为LiDAR用的75W高输出功率激光二极管，实现了225μm的业界超窄线宽。通过高密度发光实现了高光束性能。此外，除了在整个线宽范围成功地使发光强度更均匀外，激光波长的温度依存性低至0.15nm/℃，不易受温度变化的影响，因此可稳定地发挥其性能。

与同等输出功率、线宽290µm、温度依存性0.25nm/℃的普通产品相比，线宽缩窄22%，激光波长的温度依存性也可降低40%，因此可支持LiDAR的长距离应用；而在测量距离相等的情况下，有助于实现更高精度。

2、具有出色的光电转换效率（PCE），采用本产品时无需担心功耗增加

新产品采用专利技术，在同等输出功率的产品中，不仅实现了业界超窄的线宽，而且，在与线宽存在此消彼长关系的光电转换效率方面，也实现了与普通产品同等的21%的效率（正向电流24A、75W输出时）。因此，在采用时无需担心功耗增加。

3、提供丰富的文档和设计数据，大力支持市场引入

为了加快本系列产品的市场引入，在ROHM官网上还免费提供评估和导入本系列新产品所需的丰富设计数据，其中包括含有驱动电路设计方法的应用指南、电路板开发用的数据和仿真用的模型（SPICE模型、Ray数据）等。