茂睿芯推出90A等级的智能功率级MK6850

一、背景

自2022年OpenAI发布ChatGPT以来，生成式人工智能（AI）技术获得了广泛关注，一系列开创性研究成果相继发布，引领了人工智能的新一轮创新浪潮。当前人工智能、数据中心等算力基础设施，都以GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片作为计算核心，它们均基于先进半导体工艺制作，采用多相电源（多相控制器 + 智能功率级Smart Power Stage，简称SPS）为其提供低压大电流的电源管理解决方案。为满足客户当前对多相电源高功率密度、高效率和高可靠性的需求，降低TCO、提高电能转换效率和实现“双碳”目标，茂睿芯推出了90A等级的智能功率级MK6850。

SPS在AI服务器供电架构中的应用

SPS在传统服务器供电架构中的应用

二、茂睿芯90A SPS产品 MK6850

智能功率级是一种高端的DC-DC芯片，是电源管理芯片中技术含量最高的产品之一。MK6850作为一颗智能功率级产品，采用多晶圆封装技术，内部集成了两颗超低Rdson 的SGT MOSFET和一颗高性能驱动芯片，同时采用了业界标准的5mmx6mm QFN封装，此封装占板面积小，可大幅提升功率密度，能广泛应用于高性能服务器，存储服务器，数据通讯，AI训练和推理加速卡，显卡，高端台式机和笔记本等应用。

三、MK6850 产品特征

●集成高性能SGT MOSFET上下管和智能驱动

● 30V/25V 上/下管耐压

● 90A 最大平均电流

● 120A 峰值过流保护

● 5uA/A IMON上报

● 8mV/℃ 温度上报

● 200kHz-1.2MHz 开关频率，瞬态4MHz

● 4.5V-16V 输入电压范围

● 4.5V-5.5V 驱动电压

● 3.3V/5V PWM逻辑电平

● 支持三态PWM和使用下管体二极管进行降低过冲操作

● BOOT-PHASE 电容电压自动刷新充电

● 丰富的保护功能：正电流保护, 负电流保护, 过温保护，VCC/VDRV/BOOT-PHASE欠压保护, 上、下管短路保护，智能故障上报识别Fault ID

●兼容多品牌多相控制器

● 符合ROHS标准

● 管脚兼容（行业标准39-Pin 5x6 QFN）

四、MK6850 引脚封装图&典型应用框图

MK6850引脚封装图

MK6850典型应用框图

五、MK6850 三大重要设计指标

GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片的运算速率越来越高，处理数据量与日俱增，能耗持续攀升，对智能功率级（SPS）的性能和稳定性提出了更高的要求，因此茂睿芯将高可靠性，高效率和高精度IMON上报作为MK6850的三大重要设计指标。

1、高可靠性

针对高可靠性，MK6850采用了垂直结构的SGT MOSFET，相较于平面MOSFET，SGT MOSFET具有热阻小，耐压高，EAS能力强。经过器件长时间的封装可靠性测试、超20万小时的重载可靠性测试以及极限测试，全方位地验证了器件的可靠性，确保其稳定可靠。

MK6850 SGT MOSFET剖面结构图

2、高效率

为提高效率，MK6850采用了超低Rdson的SGT MOSFET，配以低阻抗大通流的铜扣封装，对死区时间进行了精细优化。以12V输入、1.8V输出、5V驱动电压、800kHz开关频率条件为例，MK6850的峰值效率为94.7%，领先于国内同类产品。

MK6850 MCM封装结构图

12V 转1.8V效率图（已含电感损耗）

3、高精度 IMON 上报

SPS产品的IMON上报精度对于CPU等中央处理器的性能起到至关重要的作用，上报偏高会限制CPU的性能；上报偏低可提高CPU性能，但会使CPU过热从而影响CPU使用寿命。

MK6850具备实时侦测内部MOSFET电流信息的能力，结合驱动器内置的先进电流上报算法以及精准的温度补偿机制，使其能够实现5uA/A且精度为±5%的IMON输出，确保提高CPU性能的同时不影响CPU的使用寿命。

12V转1.8V 800kHz IMON上报误差图

六、MK6850 温度上报与保护功能

MK6850内部集成了温度上报与过温保护功能，温度信息通过TMON引脚以8mV/℃的比例输出。同时，MK6850 TMON引脚还兼具故障输出功能，能够通过电平的高低向多相控制器报告不同类型的错误。

在保护功能方面，MK6850特别设计了峰值逐周期限流功能，专为预防多相控制器误发长PWM脉宽信号而出现输出电感饱和的问题，这一功能设计为防止电感饱提供了坚实后盾与最后一道安全防线。

其次，MK6850还具备负电流保护功能，能够在输出电压下调（DVID DOWN）或过压保护（OVP）等情况时，有效防止因长时间开启下管所导致的电感反向饱和现象。即便在电感未发生反向饱和的情况下，当控制器需要关闭下管时，也能阻止过大的负电流流经上管的体二极管，从而确保上管的安全，避免其因过热而损坏。

值得一提的是，MK6850还具备BOOT电容自动刷新功能，当PWM信号持续处于三态模式，并且BOOT电容电压跌落至预设的阈值以下时，驱动电路会自动对BOOT电容进行充电，这一设计确保了在下一次上管开启时能够为其提供足够的驱动电压，从而保障整个电源系统稳定和高效的运行。

七、MK6850 兼容性分析与测试

1、MK6850 兼容性分析

智能功率级（SPS）与控制器必须连接的三个引脚为IMON、TMON/FLT和PWM，以下从原理上分析MK6850 这三个引脚和市面上主流多相控制器的兼容性。

①IMON 引脚

MK6850 IMON上报符合业界通用标准5uA/A，通过微调控制器IMON的Gain和Offset，可达到CPU所要求的IMON上报精度，也可以外接1kΩ电阻，将电流型的IMON变成电压型IMON，实现向下兼容。

②TMON/FLT 引脚

MK6850 TMON符合业界通用标准8mV/℃，0.6V@0℃，可完全实现兼容，发生Fault时TMON能拉高至3.3V。

③PWM 引脚

MK6850 符合业界控制器通用3.3V PWM电平标准。

MK6850可以在PWM三态、PWM高和PWM低之间任意切换，POCP功能可保护PWM高到PWM三态产生长脉宽而造成地电感饱和。

MK6850支持PWM高最小脉冲，当PWM高不足50ns时能扩展为50ns，可防止驱动器损坏。

MK6850支持PWM低最小脉冲，当PWM低不足50ns时能扩展为50ns，可防止驱动器损坏。

MK6850支持NOCP，当PWM常低时防止电感反向饱和，阻止负电流损坏上管体二极管。

MK6850支持POCP，当控制器P2CL不准确，或者PWM常高时防止电感饱和。

MK6850支持大动态释放负载时PWM变为三态进入Body Braking模式。

2、MK6850 兼容性测试

MK6850的驱动器内置严密控制和保护逻辑，已成功与国内外多家厂商的多相控制器进行了广泛的兼容性测试，包括但不限于英特尔VR14 Eagle Stream 350W平台、国内64核ARM平台&SW64平台。

①Intel VR14 Eagle Stream平台0A-445A静态电流上报:通过

②Intel VR14 Eagle Stream平台108A-445A, 1081A/us, 3D Worst Case：通过

③通过多客户多平台测试

八、MK6850 典型应用场景