MP9931电源模块-华中科技大学狼牙战队

工程文件地址：MP9931大功率降压模块 - 立创开源硬件平台

描述

在RoboMaster比赛中，无人机使用的电池配置为2S2P电池组（48V平台），与其他兵种只使用一块电池的24V不同。但是需要接入的裁判系统、云台电机、主控板等设备的电压为24V，需要进行48V转24V的降压转换。去年使用的成品铝坨坨重量、体积过大，故研发新的降压模块。

性能参数

输入电压：7-60V

输出电压：0.8V-0.9*Vin

注意输入输出电压不能超过自己选择的MOSFET和电容耐压值

输出电流：15A以上

最高效率：97%+

纹波：最低26mV（12V30A工况）

关键元器件选型

电源芯片

大电流BUCK电路MOS管发热严重，必须采用外置MOSFET的controller芯片，不能使用converter

调研时找到几款芯片：LM5116、LM5118、LTC7820、MP9931等芯片

MP9931为最大电压为100V的BUCK同步降压芯片，4.2A栅极驱动电流 QFN-23 (4mmx4mm)封装

综上考虑，LTC7820不能灵活配置电压；LM5118效率较低。LM5116和MP9931是比较好的选择。

考虑到MPS的大学计划可以免费申请使用芯片，以节省成本，最终选择MP9931芯片方案。

电感

在此大电流模块中，电感的选型至关重要。既要满足电感的感量要求，又要满足大电流过流能力。选择了两款电感，第一款是扁平线2918-22uH，第二款是一体成型2020-22uH，两款均标称30A左右电流，已完全满足无人机电流需要。在后续测试迭代中，最终选用封装稍小的2020电感

经过测试，48V输入24V输出，频率100k时，使用22uH温度表现更好，24V降12V等场景可以考虑用10uH，效率更高

MOSFET

综合考虑低$R_{DS(ON)}$和低$Q_G$，使用战队常用的型号BSC070N10NS3G，并且为了保证过流能力，上下均使用两个MOS管并联使用。

电容

大容量的铝电解电容和ESR更小的MLCC搭配使用。在第一版的测试中，铝电解电容发热严重，更换为ESR更小的固态电解电容

MLCC需要自选，尽可能选择耐压高（约2倍最大工作电压）、容量大的电容

测试结果

12V输出时可以持续30A输出

纹波表现优秀（12V30A）

效率表现优秀（FCCM模式下静态功耗较大属于正常现象）

Vin/V	Iin/A	Pin/W	Vout/V	Iout/A	Pout/W	η
24.002	0.132	3.168264	11.8369	0.1	1.18369	37.361%
24.003	0.3304	7.930591	11.8369	0.5	5.91845	74.628%
24	0.5776	13.8624	11.837	1	11.837	85.389%
24.001	1.5754	37.81118	11.8361	3	35.5083	93.910%
24	2.5742	61.7808	11.8345	5	59.1725	95.778%
24.005	4.0746	97.81077	11.8331	8	94.6648	96.784%
23.99	5.0812	121.898	11.8322	10	118.322	97.066%
24	6.095	146.28	11.8308	12	141.9696	97.053%

成本

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更新日志：

2025.5.13更新MLCC型号、MOS管型号,输入电压范围可以提高至60V甚至更高