MP9931供电模块

在机器人比赛中，我们往往会采用6S锂电池来给我们的机器人供电，但是我们的算力平台所要求的供电电压往往是19.5v或者是12v的电压，这时候就没办法采用锂电池直接给算力平台供电，就需要采用我们的大功率降压模块来作为解决方案。

参数与性能表现

额定输入电压：24V

输出电压：19.6V

额定电流：10A

最大效率：94.78%(@5.0A）

纹波大小:21mvpp

纹波波形图

关键元件选型

控制芯片

    因为整体要求的功率比较大，所以肯定不能选择buck converter，而是buck controller，原本做过一个lm5145的版本，但是lm5145的外围元件比较多，加上需要做环路补偿，在设计上比较麻烦，看到了mps最新的mp9931，感觉在表现还有设计难度上都不错，故选择mp9931(还有一点是MPS芯片能白嫖)

电感

    因为在设计的时候想着做小型化，需要选择小一点的电感，又要尽可能减小发热，所以只能拉大开关频率，所以最终的开关频率来到了600k，我是觉得这是一个没有必要的频率，完全可以降低到400k或者200k，但是目前来说600k使用起来也没什么问题，所以就没进行修改。 

这边给出电感计算公式

其中Fsw为开关频率600k，ΔI为r x Imax，其中r我取0.4，同时带入Vout，Vin 可得到电感为1.5uH。

mos管

    因为考虑到比较大的电流需求，这边特地采用了两个mos管并联的设计，考虑到mos管的Qg和Ron，这边选用了CSD18537，同时对电源模块在无主动散热的情况下做了温升测试

5A输出条件下的上管长期工作温度

10A输出条件下的上管长期工作温度

可以看到，因为输入输出电压相差比较小，电流在大部分时间从上管通过，主要热源也集中在上管，这边建议在复刻的时候去掉一个下管，改为一个下管并联一个肖特基二极管。

输出效率

这边对0-12A的各个电流输出大小进行了测试，整理数据后让AI生成了如下电流-效率曲线

因为我个人的喜好还有实际工况，我在轻载模式下选择的是FCCM模式，所以导致轻载模式下的效率会比较低，在常见工况下能保持一个比较好的效率

电容

  电容这边特地选择了性能较好的固态电容与1210封装的10uf MLCC做组合，并且MLCC采用了堆叠的形式，在每个电容上又多堆叠了一个电容(在原理图里面写着是堆叠三个，实际使用中堆叠两个表现也不错)。

外壳装配

在设计的时候考虑到比赛处于夏天，温度比较高，所以加上了风扇，如下为有主动散热的时候，10A持续输出的温度表现，明显得到了很大的改善

装配图

各个位置波形图

sw                                                                     上管                                                         上管

缓启动开关参考: 华南理工大学RobotIC实验室 MP2980供电模块 [已验证]MP2980电脑供电模块 - 立创开源硬件平台

特别感谢

感谢MPS中国大学计划免费提供的芯片样品还有技术支持。

免费样品申请单: https://www.monolithicpower.cn/cn/support/mps-cn-university.html