【MPS机器人挑战赛作品】机器人DC-DC供电方案

一、产品简介

基于MP9931设计，分别输出12V和24V，24V提供给MP4317和MP5017A进行5V输出，应用于机器人能源生态里，电源板是连接电池与各功能模块的“能源中枢”。

二、板子功能

基于项目要求设计，板子分为3大模块，分别是MP9931模块，MP4317和MP5017A模块，以及2个模块的组合测试板。

1、MP9931 是一款高压同步降压开关调节器控制器，可直接将高达100V的电压降至更低。它能够驱动双N沟道MOSFET开关。100V输入、大功率同步降压控制器，支持0.8V-80V输出，适用1W-300W电源设计，COT控制 (快速瞬态响应)

模块有2个，分别是输出12V/20A，实际因测试条件限制，目前只能测试到12V/10A

输出24V/15A，测试测试24V/6A。因为负载仪功率限制，等后面负载有条件可以增加测试项。

模块3D图纸，以及实物图如下：

2、MP4317+MP5017模块，MP4317GRE-Z：具有频谱扩展功能的 45V、7A同步降压变换器，18μA 睡眠模式低静态电流，MP5017AGD-Z：3V 至 5.5V、1A 至 5A 限流开关，16V最大输入耐受电压，带过压钳位和反向阻断功能。

模块输出5V/5A，测试负载是5V/4A，测试发现温度很高，3分钟会到100°左右，目前MP4317在空载的时候温度也会到40°，会进行再次分析。3D图纸和实物图纸如下：

3，测试板是将2个模块组合，并进行端子焊接，方便测试。实物图纸和3D图纸如下：

三、效率测试

以下测试条件都是开关频率100kHz、运行不带 USM 的 PSM 模式

测试板子未加装散热结构，但只靠板子和室内环境温度测试，室内环境温度基本在23°左右。这里的效率不高的原因可能有以下一个原因。

1，mos上下桥是单颗。

2，为加装任何散热结构。

3，在设计中，电感选择的是10uh，因为设计初期，打算使用400kHz-600kHz，这时发现mos温升太快，只能降低开关频率，但是同时带来的影响是为加负载的时候，会出现电感啸叫声音，这时候可能就是取舍问题，如果要高频开关，需要很好的散热结构来支持。

如果对于温度要求很高，建议大电流采用mos并联和低频开关来解决温升问题。

4，下个版本可能会做上下桥mos并联，电感采用22uh，优化设计。

四、波形测试

1，MP9931输出12V，空载波形，负载12A波形

2，MP9931输出24V，空载波形，负载6A波形

  

 

3，MP4317+MP5017输出5V，空载波形，负载4A波形

  

 

五，负载温度测试

相关的器件的温度参数，主要是MP9931，MOS（温度最高），电感。

发热分析，因为本次测试，未满载测试，基本测试负载只有一半，另外在设计上，mos上下桥是单颗，未并联使用。另外测试因为时间关系，没有选择去开散热片，这也是上面效率很低的原因之一。

六，相关问题反馈

1，为什么在采用400kHz-600kHz的时候，mos的温升上升很快？基本是输出12V。负载1A，温度会上升到60°-80°，但是后面好像温度会降下来。这个问题参数故障吗？

2，在芯片焊接后，在测试12V的时候，发现VDRV的驱动电压不打标，只有7.3V，好像是新片损坏了。但是24V的VDRV的驱动电压是10V，这个是正确的。

3，为什么MP4317初始温度就会到50°，要在分析排查以下，还是这个芯片就是这个特性？另外负载后的温度也很高，不能持续加载测试，要解决。

4，要给MP4317的后端输出在增加电容滤波，分析发热原因。

5，下个版本可能会做上下桥mos并联，电感采用22uh，优化设计。

七，电感参数