【成功案例】选择新电元肖特基二极管M1FJ4完美解决域控制器开关电源辐射噪声问题
SHINDENGEN（新电元）工业株式会主要从事功率半导体和开关电源、电装制品的制造和销售，并以电力电子技术为主要领域，产品包括有整流桥堆，高速整流二极管，三极管，功率MOS管，功率模块，功率IC等，是日本电源业界的领袖。
笔者之前设计一款车载域控制器时，遇到了开关电源RE（辐射）超标问题，最后通过选用新电元的肖特基二极管M1FJ4解决了问题，以下为此案例的分享。
这款域控制器在进行RE测试时（客户为上汽通用，执行通用汽车GMW3097-2015版标准，频段要求及相应限值见图2），发现在中波/AM频段的575KHz频点有尖峰噪声超标，平均值超标幅度达7.9db（见图1，峰值和平均值的限值分别为30db和24db），另外，575KHz的2倍频1.15MHz也有个尖峰，这根尖峰虽然没超标但平均值的余量很小。
图1 域控制器初始RE测试结果
图2 GMW3097-2015版法规RE限值表
查看域控制器各开关电源的频率后，发现575Khz跟14V转5V的开关电源频率一致，此开关电源模块为TI的LMR14030SQDPRRQ1，且用近场探头可以在此开关电源模块测量到明显的575KHz噪声（见图3），确认噪声确实是从14V转5V开关电源模块冒出来的。
图3 575KHz噪声近场探测结果
5V电源的示意图如下，其中Vout为5V：
图4 5V降压电路简要示意图
仔细观察下面图5的5V模块的布线图，可以看到黄框内的续流二极管其封装尺寸很大（这颗二极管为新电元的D1FS4A，见图6），具体的长宽高尺寸为5.0*2.5*2.0（mm），导致输出环路很大（输出环路示意图见图6），从而辐射很大。
图5 5V模块布线图
图6 5V输出环路示意图（实线是S关闭时，虚线是S打开时）
因此需要选择一个在符合电流、电压和适温范围基础上尺寸较小的肖特基二极管代替现有的续流管，现有续流二极管的参数是电压40V，最大电流1.5A，适温范围-40°C至150°C，对比这些参数，笔者选择了新电元的肖特基二极管M1FJ4， 它的尺寸为3.9*1.8*1.4（mm），尺寸上比之前那颗二极管小了很多：
图7 新电元肖特基二极管型号表
M1FJ4二极管最大反向电流为50μA（远低于之前二极管的2mA），低反向电流可以增强二极管的单向导电性，同时也确保电路关断的更为彻底。
M1FJ4肖特基二极管结电容典型值为65pF（也低于之前二极管的95pF），超低结电容可有效降低电容存储效应。
另外，M1FJ4跟之前的二极管一样，存储温度范围也为-55℃～150℃，结温最高为150℃。
换上这颗细新电元二极管M1FJ4后，布线上的输出环路有了极大的缩小，并且M1FJ4跟储能电感交换位置后输出环路有了进一步减小（见图8，这里两个缩小输出环路的对策中，换成二极管M1FJ4为首要对策，其对输出环路改善的程度要比换电感的位置大得多），重新做RE测试，发现之前的尖峰噪声消失了，测试通过（见图9），问题完美解决。
图8 换新电元M1FJ4后5V模块PCB布线图（红框为M1FJ4，黄框为电感）
图9 换新电元二极管M1FJ4后的RE测试结果
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产品型号
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品类
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VRRM[V]
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IF(AV)[A]
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Tj[℃]
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IR(max.)[μA、mA]
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Package(House Name)
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Package(JEDEC Code)
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AEC-Q101
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Automotive
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M1F60
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普通整流二极管
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M1F
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