【MPS机器人挑战赛作品】MPS-EDA-灵巧手电源设计

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申请流程图

项目简介

本项目基于 MPS MP9931GR-Z、MP4317GRE-Z、MP5017AGD-Z 高性能芯片设计机器人核心电源板，适配 48V 输入。通过核心芯片实现 12V20A、24V8A 及两路 5V5A 精准输出，覆盖工控机、灵巧手及外设供电需求，以紧凑设计兼顾效率与稳定性，集成多重保护，为机器人全域运行提供可靠持久能源支持。

项目参数

• 输入电压：48V
• 输出规格：12V20A、24V8A、5V5A×2
• 核心芯片：MP9931GR-Z、MP4317GRE-Z、MP5017AGD-Z
• 防护特性：过压、限流
• 设计特点：整体模块化，支持外部IO控制5V输出和错误勘验

调试与性能指标

基础项：输出纹波测试

测量内容：测量通道①MP9931 12V输出在空载、75%额定负载(15A)、满载(20A)工况下的输出纹波大小
空载

空载 纹波大小

75%额定负载(15A)工况

75%额定负载(15A)工况 纹波大小

满载(20A)工况

满载(20A)工况 纹波大小

输出纹波测试数据表

测试条件	最大值 (mV)	最小值 (mV)	峰峰值 (mV)	纹波率 (%)
空载	50.8	-16.8	67.6	0.56
75%负载 (15A)	21.6	-25.6	47.2	0.39
满载 (20A)	23.2	-36.8	60.0	0.50

基础项：效率测试

测量内容：测量通道①MP9931 12V输出在48V输入，12V20A满载运行下的Vin、Iin、Vout、Iout，计算输出效率

12V20A满载运行下 Vin与Iin数值

12V20A满载运行下 Vout、Iout及功率

根据 12V20A满载运行下 VIN、IIN可得出输入功率Pin=48X5.227=250.896W，输出功率为Pout = 223.03W。
可计算出输出效率为：

η = Pout/Pin % ≈ 92.87%

加分项：热性能：散热与温升

在常温开放环境下持续运行30分钟后，用红外测温仪分别测MP9931、MP4317、MP5017A芯片表面及PCB核心器件（如电感、MOS）的温度
运行条件：
通道①: MP9931带载12V15A模拟工控；
MP9931芯片表面温度
这个温度测量的时候忘记拍照片了，实际温度为60~70摄氏度之间（芯片在底部，MOS在底部，温度值其实相差不大）。
电感、MOS的温度

MP9931带载12V15A模拟工控运行下 电感、MOS的温度

红外测温仪测量结果计算排表

根据红外测温仪测量结果计算排表，看出：
在运行30分钟左右时，
MOS管：上管最热，温度为80摄氏度左右，下管温度为45 ~ 50摄氏度左右。
电 感：电感使用SE2918封装，散热良好，整体为45 ~ 50摄氏度左右。

通道②: 24V5A + 5V5A×2，即灵巧手端按24V5A模拟，两颗MP5017A后级各带5V5A模拟外设端负载。
由于前几版后级5V5A两通道在学校放假前未测试，最新版在学校测试时即将封校，就模拟测试了24V与两级5V5A输出（为170W输出），模拟为条件更加苛刻的24V 13A

由于反馈电阻选取问题，导致实际最新一版电压输出为26V，输出接导线后压降为25.6V左右，但实际更改反馈电阻即可。

MP9931芯片表面温度
这个温度测量的时候也忘记拍照片了，实际温度为60~70摄氏度之间（芯片在底部，MOS在底部，温度值其实相差不大）

电感、MOS的温度

MP9931带载24V13A模拟运行下 电感、MOS的温度

红外测温仪测量结果计算排表

根据红外测温仪测量结果计算排表，看出： 在运行30分钟左右时， MOS管：上管最热，温度为68摄氏度左右，下管温度为45 ~ 50摄氏度左右。 电 感：电感使用SE2918封装，散热良好，整体为40 ~ 50摄氏度左右。

加分项：板卡设计尺寸优化

结合EDA设计文件，衡量整板所需的制板面积，在满足功率需求且不触发热关断保护的同时，尽可能小型化设计
尺寸为95mmX72mm
根据与笔记本触摸板和拳头相比较，目前是自己在不断改进中做的较好的一版本。

图1

图2

总结

坚持做一件事很难，做成一件事更难。

2025年12月，我第二次参加MPS电源征集令。从大二到大三，从2025到2026，第一次参加时赶上电赛，匆匆做了个半成品。这次我本来计划半个月做完，没想到太高估自己，磕磕绊绊做了整整两个月。

这两个月里，我无数次想放弃。没经验、考试多、生活费紧张，最崩溃的是MP9931芯片用完了，在学校里好几次都想直接摆烂。但每次都再告诉自己再试试，能坚持到最后，全靠MPS的支持。因为我自己焊接和设计失误，两版做下来芯片就耗尽了，当时彻底慌了，差点就放弃了。

特别感谢一位MPS的姐姐，帮我申请了MPS大学生计划，寄来了几片芯片，让我能继续做下去。真的特别感谢她，也感谢MPS的支持！！！

之后我又做了两版，遇到很多难题，就向MPS的工程师请教，他们耐心指错、教我修改，我也跟着看MPS的DCDC设计方案学习。这段时间真的学到了很多，真心感谢那位工程师！！！

不过我也清楚，因为自己能力不够，没能发挥出MP9931的真正性能。看参赛群里大家的设计和测试，差距很明显，前后做了四版，也没能达到自己的预期，挺遗憾的。

返校后，我会把没完善的开源内容补好，再好好学学MPS的DCDC设计，争取做出自己期待的、能发挥芯片性能的一版。