一、模块简介

本模块以MP2980为核心控制器，在24V电池输入、19V/10A输出的设计指标下，设计了一款兼具高效率、高稳定性、低纹波、体积小的电源模块。模块上设计有独立高侧开关，输入输出指示灯，故障指示灯，还预留了连接外部调试模块的接口，方便调试。体积小巧、结构简单、方便复刻。
本工程已在ROBOCON2026“武林探秘”的交流赛中得到了可靠性的验证。

二、模块参数

• 建议输入电压22-26V，低于22V后开关频率会降低，输出纹波会增大，实测输入电压17V时也可通过boost模式维持19V供电；
• 连续电流可达10A，配置了13.74A平均输出电流限流功能防止发生过流或短路
• 空载纹波18mV，满载纹波16mV（24V输入），最大纹波89mV（20V输入，满载输出）
• 模块大小为50mm×50mm；在电感和电感下方有做了开窗，可以贴上散热片辅助散热；同时模块四周有M3螺丝孔，可用于安装风扇进行主动散热
• 满载下最高温度可以控制在66℃以下。

实物图

• 裸板：
  
  
• 外接调试模块：
  
• 外接风扇并装上盖板：
  
• 上车稳定工作：
  

三、器件选型

1. MOSFET

MOS选择的是CSD18540Q5B，属性如下：

• 漏源电压V_dss = 60V >> 19V × 1.5
• 栅极电荷量Q_g = 41nC < 50nC
• 阈值电压V_gs = 1.9V < VCC = 7.2V
• 连续漏极电流I_d = 205A >> 10A × 1.5
  均符合手册要求

2. 电感

电感选择的是XAL1010-682MED，属性如下：

计算理论电流纹波：

由公式算出ΔI_L = 2.92A < 30% × I_out
则峰值电流I_peak = Iout + ΔI_L / 2 = 11.46A

• 电感饱和电流I_sat = 21.8A > Ipeak
• 电感额定电流I_rms = 14A > Iout

3. 输出电容

输出电容选择了2颗100uF/50V固态电容和9颗22uF/1210/50V陶瓷电容，固态电容属性如下：

• 考虑陶瓷电容直流偏置特性：总电容Cout = 100uF + 9 ×22uF × 50% 约等于 300uF
  固态电容的ESR=25mΩ和8颗陶瓷电容的ESR（单颗约2mΩ）并联，总R_ESR约1mΩ
  根据公式算出ΔVout = 3.40mV

四、系统配置参数

1. 输出电压

• 使用100kΩ和2.7kΩ进行分压反馈，理论输出电压为19.02V

2. 开关频率

• AVDD通过150kΩ和100kΩ分压接到FS引脚，配置开关频率为200kHz

3. 电流检测

（1）开关电流检测

• 检流电阻选择5mΩ/1225
  
• 由公式算出谷电流阈值为26.6A，当电流触发限流点后，当前的开关周期不会立即结束，直到电感电流下降到预设的谷值限流阈值以下

（2）平均输出电流检测

• 检流电阻选择5mΩ/1225
• IMON引脚：
  
  由公式算出V_IMON = 0.94V
  将IMON接到stm32的ADC接口就可以检测平均输出电流
• ILIM引脚：
  
  
  将AVDD由100kΩ接到AVDD，设置为第四档
  对应平均算出限流为I_LIM = 68.7mV / 5mΩ = 13.74A，可以有效保护电感

4. 环路补偿

• 工作场景：
  Vin = 17 ~ 24V，Vout = 19V，Iout = 10A，f_SW = 200kHz
• 芯片外部器件：
  有效输出电容约300uF，固态电容等效串联电阻约10mΩ，电感6.8uH，电流采样电阻5mΩ
• 芯片内部固定参数：
  误差放大器跨导G_EA = 1220uA/V，反馈参考电压V_FB = 0.5V，COMP到采样电流增益G_CS = 200mV/V

1. 计算功率级极点与右半平面零点（最恶劣工况出现在最低 Vin）

• 右半平面零点：
  
  由公式算出 f_RHPZ = 35.6kHz
• 目标穿越频率：
  为了保证系统稳定，穿越频率 fc 通常设为 1/10 ~ 1/5 的 f_SW，且必须小于 1/3 的 f_RHPZ
  f_SW / 10 = 20kHz
  f_RHPZ / 3 = 11.8kHz
  选定 fc = 10kHz
  1. 计算补偿电阻R13：(决定环路带宽)
     
  • 由公式求出 R13 = 16kΩ
  2. 计算补偿电容C12：(设置零点)
     
  • 由公式求出 C12 = 33nF
  3. 计算滤波电容C14：(设置高频极点)
  • 取 C14 = 330pF

5. 缓启动时间

• 接47nF到GND配置软启动时间为3.9ms，可以选择其他容值来配置软启动时间

6. 系统使能

• 不设置欠压锁定，直接通过100kΩ将EN引脚接到VIN使能芯片

7. 输入电压调节

• 不使用输入电压调节功能，直接通过100kΩ将VINREG引脚接到AVDD

8. 地址配置

• 通过0Ω接到GND，配置为0x60，同时预留了一个电阻位置接AVDD提供配置为其他地址的选择

五、测试数据

• 注：由于实验室直流稳压电压最高输出电流只有10A，所以在VIN=20V时：满载按9A的测试结果来记录，5-10A跳变按4-9A的测试结果来记录；在VIN=17V时：满载按8A的测试结果来记录，5-10A跳变按3-8A的测试结果来记录。

1. 开关稳定性测试

	空载	半载	满载
VIN = 17V	77kHz	77kHz	174kHz
VIN = 20V	77kHz	77kHz	76kHz
VIN = 24V	181kHz	183kHz	185kHz

2. 输出纹波测试

	空载	半载	满载
VIN = 17V	36mV	75mV	63mV
VIN = 20V	38mV	59mV	89mV
VIN = 24V	18mV	15mV	16mV

3. 动态响应测试

	0-2.5A	0-5A	5-10A
VIN = 17V	416mV	640mV	616mV
VIN = 20V	320mV	624mV	584mV
VIN = 24V	288mV	536mV	544mV

4. 效率测试

Vin(V)	Vout(V)	Iout(A)	Iin(A)	Pin(W)	Pout(W)	Efficiency
17	19.01	1	1.164	19.805	19.01	95.99%
17	18.94	5	5.68	96.628	94.7	98.00%
17	18.89	8	11.56	155.788	151.12	97.00%
20	19.01	1	0.985	19.74	19.01	96.30%
20	18.94	5	4.79	94.7	94.7	98.26%
20	18.87	9	9.67	169.36	169.83	97.40%
24	19.02	1	0.832	19.992	19.02	95.14%
24	18.94	5	4.01	96.72	94.6	97.81%
24	18.86	10	8.08	193.944	188.6	97.24%

• 效率曲线：
  

5. 器件温升测试

• 24V输入，输出拉载19V@5A、10A，在不通风的条件下烤机至少30分钟直至热平衡.
  

	24V to 19V@5A	24V to 19V@10A
MP2980
Q1
Q2
Q3
Q4
L

• 未装散热片和风扇时10A输出最高温度达到130.2℃
• 加装散热片和风扇之后10A输出最高温度仅66.7℃（测试时使用1片20mm×10mm×6mm和1片30mm×10mm×6mm以及一个50mm×50mm×15mm的24V风扇）
  
  

6. 输出短路保护

• 发生短路时立即关断输出，保护期间SW波形稳定，短路故障解除后立即恢复输出

	SCP Entry	SCP Steady State	SCP Recovery
VIN = 17V
VIN = 20V
VIN = 24V

六、拓展功能

• 为了方便调试，本项目还设计了一块24V供电的基于STM32G030F6P6的带0.91寸显示屏的调试模块，可通过直插在MP2980模块的5pin排母上与MP2980进行iic通信以及读取IMON的电压值，使用时可以通过按键选择并调节要配置的参数，包括：输出电压、基础开关频率、Buck-Boost模式下的开关频率比例、平均输出电流限制、VREF变化斜率、使能、频率展频功能、输出主动放电路径、过流过压的保护模式、中断屏蔽。
  
  
  
• 调试模块设计：
  • 供电：LGS5145（24V转5V）+ AMS1117（5V转3.3V）
  • 主控：STM32G030F6P6
  • 显示：0.91寸OLED裸屏外接
• 代码可以在附件中下载，可通过SWD接口烧录到STM32中。
• 注：本人代码能力有限，测试时发现ADC读取会与OLED显示相冲突，未能解决该问题，故将ADC读取部分注释掉了，欢迎各位大佬分享解决方案。

总结

本模块的设计历时两个月，一共设计了两版电路，经过多次的调试，在调试的过程中遇到了很多问题，也学到了很多东西，最终的效果还算不错，在这里我总结一些调试的经验，希望可以给大家带来帮助：

• 关于焊接：mp2980的焊接对于新手来说相对比较困难，焊接时建议先在四周引脚的焊盘多涂锡膏，散热焊盘不用太多锡膏，将芯片放到对应位置后用热风枪吹，锡膏融化并吸附到引脚上之后用镊子微调整芯片位置，接着换成马蹄头的电烙铁，先在芯片四周引脚涂一圈助焊剂，接着用烙铁对芯片进行逐侧拖焊，把多余的锡拖掉并且让每个引脚上都能匀到足够的锡。如果还有部分引脚虚焊的话，在该引脚上继续涂上锡膏，先用热风枪吹化锡膏让锡吸附到引脚上，再用助焊剂和电烙铁拖掉多余的锡就可以了。
• 关于测试：器件温度过高可以通过降低开关频率来优化，降低栅极电阻也会有轻微帮助；输出纹波过大可以通过增加输出电容数量来优化；动态响应较慢可以通过调整环路补偿COMP参数来优化；效率较低可以通过降低栅极电阻来优化；效率测试时需要将万用表接在靠近输入输出接口的位置，这样可以减小线损的影响。

本模块的设计参考了多个优秀的开源MP2980模块，同时也有自己的创新，希望我的设计可以给大家带来帮助，也希望各位大佬可以指出设计中的不足之处。