【2025电源模块创意大赛】+多通道电源模块2

输出电流:连续输出电流可达15A,峰值电流为20A

特性:采用恒定导通时间(COT)控制,提供快速瞬态响应;通过MODE配置可设置工作频率为600kHz、800kHz或1000kHz;具有可配置软启动时间(tSS)和开漏电源正常(PG)信号;提供全集成非锁存保护功能,包括过流保护(OCP)、过压保护(OVP)和过温保护(OTP)

封装:紧凑型FCM ECLGA-33(5mmx5mmx2.76mm)

MPM38222

输入电压范围:2.7V至6V

输出电压范围:低至0.608V

输出电流:双路2A输出电流

特性:集成电感的45µA低静态电流双通道降压开关变换器;峰值效率>93%,轻载效率>80%;全方位保护功能包括逐周期限流保护和过温关断保护

封装:小型表面贴装的QFN-14(4mmx4mmx1.6mm)

四、作品源码
原理图

PCB图

3D图

五、作品功能演示视频
焊接开始
上锡

放元件

过炉

五、输出电压



六、项目总结

这是一款 ​​MPS的 MPM3683​​ 系列芯片构建的​​高频、高效率、同步整流降压(Buck)DC-DC转换器​​。其核心目的是将较高的输入电压(VIN)转换为一个稳定的、更低的输出电压(VOUT),为后续电路提供电源。

核心芯片:MPM3683

​​工作原理分析

整个电路可以划分为以下几个功能模块:

​​1. 输入滤波与保护​​

​​元件​​: C2(22µF), C3(100nF), EC1(电解电容 100µF)。

​​作用​​:

​​缓冲储能​​: 提供瞬时大电流,应对负载突变。大电容(EC1, C2)缓冲低频能量,小电容(C3)滤除高频噪声。

​​滤除噪声​​: 防止电源线上的干扰影响芯片工作,也防止芯片开关噪声污染输入电源。

​​路径​​: VIN-> 滤波电容 → 芯片的 VIN引脚。

​​2. 功率转换核心​​

能量转换的主体部分,主要由芯片内部的电路完成:

​​内部控制电路​​产生PWM信号。

​​内部上管MOSFET​​导通时,输入电压 VIN通过 SW(开关)引脚连接到内部电感,电感电流增大,储能。

​​内部上管MOSFET​​关断,​​内部下管MOSFET​​同步导通(同步整流),电感电流通过下管续流,电流减小。

这个过程以极高的频率(1MHz)重复,在电感上产生一个平均电流,从而在输出端得到一个低于输入电压的稳定电压。

​​3. 输出电压设置与反馈​​

​​元件​​: R9(100kΩ), R10(16kΩ), C6(100nF),以及芯片的 FB(反馈)引脚。

​​作用​​: 这是一个​​电阻分压网络​​,用于​​设定输出电压的值​​。

芯片内部的误差放大器会持续比较 FB引脚上的电压与一个精密的内部基准电压( 0.6V 或 0.8V)。

​​输出电压公式​​(理想): VOUT = Vref * (1 + R9 / R10)

假设 Vref = 0.8V,则 VOUT = 0.8 * (1 + 100/16) ≈ 0.8 * 7.25 = 5.8V。​​这个电路很可能输出一个 5V 或 3.3V 左右的电压​​。

​​C6​​ 是补偿电容,用于稳定反馈环路,防止振荡。

​​4. 使能与控制​​

​​元件​​: R7(100kΩ), R8(100kΩ),以及芯片的 EN(使能)PG引脚。

​​作用​​: 通过一个电阻分压网络来设置​​芯片的开启/关闭电压阈值​​。

当 VIN电压逐渐升高,使 EN引脚电压超过某个阈值 1.2V时,芯片开始工作。

这个电路确保输入电压达到一个足够高的水平后芯片才启动,避免低压误操作。

​​5. 输出滤波​​

​​元件​​: C7, EC6(22µF) 等输出电容。

​​作用​​:

​​平滑电压​​: 将芯片 SW引脚输出的脉冲方波(PWM)过滤成平滑、稳定的直流电压 VOUT。

​​提供负载电流​​: 为动态变化的负载提供瞬时电流。

​​6. 自举电路​​

​​元件​​: C9(4.7nF),连接到芯片的 BST和 SW引脚。

​​作用​​: 为了高效地驱动内部的上管NMOS功率管,需要在其栅极施加一个高于 SW引脚的

​​7. 其他功能引脚​​

​​PG(Power Good)​​: 开漏输出信号。当输出电压稳定在正常范围内时,此引脚被芯片内部释放(通常外接上拉电阻),用于通知后续电路电源已准备好。

​​PGND​​: 功率地,是大电流的返回路径。

​​AGND​​: 模拟地,是敏感控制电路的参考地。通常在芯片内部或单点连接到PGND,以避免噪声干扰。

这是一款​​高性能、全集成式的同步降压转换器​​。其核心特点是集成了功率MOSFET、电感和多种必要电路,极大简化了外部设计。

核心芯片:MPM3685​​

​​工作原理详解

​​1. 输入滤波与保护 (Input Filtering & Protection)​​

​​元件​​: C18(22µF), C19(100nF), EC4(22µF电解电容), R32(0Ω), R28(0Ω), R16(0Ω)。

​​作用​​:

​​缓冲与储能​​: 大容量电容(EC4, C18)用于平滑输入电压,为芯片提供瞬时大电流,应对负载突变。

​​高频去耦​​: 小容量陶瓷电容(C19)为芯片提供低阻抗的高频电流路径,滤除开关噪声。

​​0Ω电阻 (R32, R28, R16)​​: 通常用作​​跳线​​或​​保险丝​​。在调试阶段方便断开测量,也可能在过流时熔断以保护后续电路。它们也提供了单一的电流路径,有助于方便测量电流。

​​2. 输出电压设置 (Output Voltage Setting)​​

​​元件​​: R21(100kΩ), R22(100kΩ), R24(7.5kΩ)。

​​作用​​: 这是电路工作的​​核心配置​​。通过连接在 FB(反馈)引脚上的电阻分压网络来​​精确设定输出电压值​​。

芯片内部有一个精密的参考电压(Vref,通常是 0.6V 或 0.8V)。

分压电阻将输出电压 VOUT分压后与 Vref比较。误差放大器会自动调整开关占空比,使 FB引脚电压等于 Vref,从而稳定输出电压。

​​计算公式​​: VOUT = Vref * (1 + Rupper / Rlower)

假设 Vref = 0.8V,Rupper = R21 // R24(并联),Rlower = R22,则可以计算出 VOUT。这里的电阻组合(100kΩ, 100kΩ, 7.5kΩ)很可能用于设置一个常见的电压,如 ​​5.0V​​ 或 ​​3.3V​​

​​3. 使能与控制 (Enable & Control)​​

​​元件​​: R23(60.4kΩ), R27(20Ω?), C27(100nF)。

​​作用​​:

​​使能 (EN)​​: EN引脚通过电阻 (R23) 上拉到 VIN。这意味着一旦输入电压 VIN建立,芯片就会自动启用。也可以通过外部信号控制该引脚来远程开启/关闭电源。

​​模式选择 (MODE)​​: MODE引脚可能用于选择芯片的工作模式,如​​脉冲跳跃模式(轻载高效)​​ 或 ​​强制连续导通模式(低噪声)​​。通过电阻 (R27) 将其设置为高电平或低电平来选择不同模式。

​​补偿 (COMP)​​: C27连接到 COMP引脚,这是误差放大器的补偿节点。该电容用于​​环路补偿​​,确保反馈系统稳定,不发生振荡。

​​4. 功率转换与输出 (Power Conversion & Output)​​

​​过程​​: 转换过程主要在芯片内部完成。

​​开关阶段​​: 内部上管MOSFET导通,电流从 VIN流入,通过内部电感,向输出电容充电并向负载供电,电感储能。

​​续流阶段​​: 内部上管关断,内部下管(同步整流管)导通,电感电流通过下管继续流通,能量释放给负载。

这个过程以高频重复,通过调整导通和关断时间的比例(​​占空比​​),将高输入电压转换为稳定的低输出电压。

​​输出​​: 稳定的直流电压从 VOUT引脚输出。尽管芯片内部已集成电感,外部可能仍需要输出电容(如 C17, TP13, TP14)来进一步滤除纹波并提供更快的动态响应。

​​5. 测试与接口 (Test & Interface)​​

​​元件​​: TP13, TP14, TP15, TP16, U11。

​​作用​​:

​​测试点 (TP)​​: 用于生产和调试阶段测量关键信号

​​接口 (U11)​​: 输出连接器,用于将生成的电源连接到目标电路板。

1 个赞

appleU, 你好像都发错地方了,应该是在集成电感功率模块板块发帖

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兄弟,有没有清楚点的原理图,学习一下

有的,可以私聊

看了楼主分享的多通道电源模块作品,从原理图到 PCB、3D 图再到焊接演示,整个流程太完整了!作为常年折腾电源 DIY 的爱好者,忍不住分享些实操心得、踩坑经历,也给入围者提提建议,再聊聊设计优化和未来脑洞~

一、DIY 心得 + 翻车经历:这些坑千万别踩!

1. 焊接实操:精密封装的 “避坑技巧”

楼主用的 MPM38222 是 QFN-14 封装(4mmx4mm),这类小型表面贴装器件特别容易出问题!我之前焊类似封装时,没注意焊盘上锡量,导致芯片引脚虚焊,通电后输出电压跳变,查了半天才发现是引脚与焊盘接触不良。技巧:焊接前先给焊盘薄涂一层焊锡,用热风枪(温度 320℃+ 风速 2 档)均匀加热,待焊锡融化后轻放芯片,确保引脚完全贴合焊盘,最后用万用表逐个测引脚与焊盘连通性。另外,芯片底部的散热焊盘一定要焊牢,不然大电流下会因散热不良触发过温保护。

2. 电源设计:接地和纹波是 “生死线”

之前做双路电源模块时,没做 “星形接地”,把数字地和功率地混在一起,结果输出纹波高达 200mV,根本没法用在精密设备上。后来重新布局 PCB,将功率地、信号地分开布线,最后单点汇接到 GND,纹波直接降到 10mV 以内。心得:楼主的 PCB 图看着布局规整,但多通道电源模块要注意 “每路输出单独滤波 + 公共接地”,建议在每个输出端并联 10μF 电解电容 + 0.1μF 陶瓷电容(高频 + 低频滤波),同时加大电源输入的储能电容,避免多路同时满载时输入电压塌陷。

3. 调试顺序:千万别上来就满负载!

我曾犯过一个低级错误:焊接完直接接 15A 满载负载,结果模块瞬间触发过流保护,还差点烧了负载电阻。后来才明白,电源调试要 “循序渐进”:先测静态工作状态(空载时输出电压是否稳定、静态电流是否符合规格),再逐步加轻载(20% 负载)、中载(50%),最后测满载,同时监测电压纹波、温升和保护功能是否正常。

二、给入围者的全流程建议

1. 构思阶段:兼顾 “实用性 + 扩展性”

  • 除了固定输出电压,建议预留可调电阻接口(比如通过电位器微调输出电压 0.6V-5V),适配更多场景;

  • 考虑负载兼容性,比如加入反向电流保护,避免外接设备故障导致电流倒灌损坏模块;

  • 提前规划散热空间,楼主模块峰值电流 20A,虽然芯片集成散热焊盘,但 PCB 上可预留散热铜皮和安装孔,方便后期加装小型散热片。

2. 焊接与 PCB 设计:细节决定成败

  • 元件选型:输入输出电容优先选低 ESR 的钽电容或陶瓷电容,减少纹波;功率电阻选合金电阻,精度更高、散热更好;

  • PCB 布局:功率路径(输入→芯片→输出)尽量短而宽,减少铜损;反馈电阻远离功率器件,避免干扰导致电压漂移;

  • 焊接后检查:用放大镜看是否有桥接、虚焊,尤其是 QFN 封装的引脚,肉眼很难分辨,建议用红外测温仪观察焊接时的温度分布。

3. 调试阶段:重点验证 “动态性能 + 保护功能”

  • 动态响应测试:用电子负载模拟负载突变(比如从 0.5A 跳变到 2A),用示波器观察输出电压的恢复时间,MPM38222 的 COT 控制应该能做到快速响应,若恢复时间过长,可调整软启动时间或输出滤波电容;

  • 保护功能验证:故意短路输出(短暂接触),看是否触发过流保护,松开后能否自动恢复;加热芯片(用热风枪低温档),测试过温保护是否生效;

  • 记录关键数据:比如不同负载下的效率、纹波、温升,这些数据能让作品更有说服力。

三、设计优化建议:让模块更 “能打”

1. 功能扩展:增加监测与控制接口

  • 加入 I2C 或 SPI 通信接口,搭配电压电流监测芯片(如 INA219),实现输出电压、电流的数字化读取,方便与单片机或上位机联动;

  • 增加远程使能接口,通过 GPIO 信号控制每路输出的启停,适配自动化设备场景;

  • 预留 LED 指示灯,分别显示每路电源的工作状态(正常 / 保护),直观排查问题。

2. 性能优化:针对性解决痛点

  • 热设计优化:在 PCB 上给 MPM38222 芯片周围铺大面积铜皮,并开窗露铜,增强散热;若用于长时间满载场景,可选用带散热片的封装替代;

  • 纹波优化:在芯片电源输入端串联磁珠,抑制高频噪声,同时在反馈回路中加入小电容,稳定电压基准;

  • 低功耗优化:MPM38222 的静态电流仅 45μA,可在空载时自动切换到低功耗模式,进一步降低待机损耗,适合电池供电场景。

3. 兼容性优化:适配更多负载类型

  • 加入可调软启动时间,通过电阻配置 tSS,避免对容性负载(如电解电容组)充电时产生过大冲击电流;

  • 优化过流保护阈值,可通过外接电阻调节 OCP 阈值,适配不同功率的负载。

四、值得深挖的技术点:COT 控制与全集成保护

楼主模块用的 MPM38222 支持恒定导通时间(COT)控制,这个技术点特别值得深入研究!COT 控制的核心优势是快速瞬态响应,不需要复杂的补偿网络,特别适合多通道、大电流变化的场景(比如工业控制中的电机驱动、AIoT 设备的突发负载)。可以深挖:不同工作频率(600kHz/800kHz/1000kHz)对效率和纹波的影响,如何通过频率配置平衡效率与 EMC 性能;软启动时间(tSS)的配置逻辑,不同负载下的最优 tSS 参数是什么。

另外,芯片的全集成保护功能(OCP/OVP/OTP)也值得探索:过流保护的响应时间是多少?过压保护的阈值精度如何?非锁存保护的复位条件是什么?这些细节能帮助更好地发挥芯片性能,也能为特殊场景(如医疗设备、精密仪器)的电源设计提供参考。

五、未来黑科技猜想:这些创意能解锁新场景!

  1. AI 智能自适应电源:结合边缘 AI 算法,让模块实时监测负载的功率需求,自动调整工作频率、输出电压和软启动参数,比如给 CPU 供电时,根据 CPU 负载动态调节电压,兼顾性能与功耗;

  2. 物联网互联电源矩阵:将多通道模块组网,通过云端远程监控每路电源的工作状态,支持故障预警、远程启停和参数配置,用于数据中心、分布式储能系统;

  3. 集成储能 + 快充功能:搭配小型超级电容,在电网断电时自动切换到储能供电,同时支持快充协议(如 PD),成为 “应急 + 快充” 二合一模块,适配笔记本、无人机等设备;

  4. 生物兼容电源:优化低功耗和电磁兼容性,用于可穿戴医疗设备(如血糖仪、心脏监测仪),多通道分别为传感器、处理器、无线通信模块供电,确保设备长期稳定运行。

总之,楼主的作品已经很优秀了,以上是我结合实操的一些思考,希望能帮到大家~ 也期待楼主后续分享更多调试数据和实际应用场景,一起交流进步!