一、背景

在生成式 AI、大模型訓(xùn)練與智能算力爆發(fā)式增長的浪潮下，AI 服務(wù)器正朝著高密度、高功耗、高可靠性的方向極速演進(jìn)，對供電系統(tǒng)的體積，效率、穩(wěn)定性提出了前所未有的嚴(yán)苛要求。作為 AI 服務(wù)器供電架構(gòu)的核心 “能量中樞”，智能功率級（SPS）的性能直接決定了算力輸出的持續(xù)性與可靠性，成為解鎖下一代 AI 算力躍遷的關(guān)鍵技術(shù)支點(diǎn)。

為應(yīng)對高密度計(jì)算場景對功率模塊集成度、效率及可靠性的嚴(yán)苛要求，茂睿芯推出新一代智能功率級（SPS）產(chǎn)品MK684X系列（MK6840 & MK6841），該系列采用緊湊型4mm x 6mm封裝，是在24年12月發(fā)布的5mm x 6mm封裝MK6850上的進(jìn)一步迭代，致力于為AI服務(wù)器及高性能計(jì)算應(yīng)用，樹立功率密度與性能的新標(biāo)桿。

二、茂睿芯 4x6 SPS產(chǎn)品MK684X系列

新一代MK684X系列（MK6840 & MK6841）延續(xù)多晶圓封裝技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了兩顆SGT MOSFET的Rdson以追求更高的效率，同時改進(jìn)了驅(qū)動芯片，極大提高了電流上報(bào)精度（±3%）。除此之外，MK684X系列采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的新一代4mmx6mm QFN封裝，其主要特征在于更高的功率密度和更緊湊的布局。

茂睿芯MK684X系列包括MK6840和MK6841，兩顆產(chǎn)品封裝尺寸完全一致，不同之處在于MK6841為MK6840的雙面散熱和通流的優(yōu)化版，更加聚焦于在AI服務(wù)器供電模塊（Module）上的應(yīng)用。MK6841采用的雙面散熱的封裝結(jié)構(gòu)，在芯片正面有可以直接與電感相連的SW焊點(diǎn)，在保持其他性能不變的條件下盡可能提升其散熱性能和效率。面對AI服務(wù)器日益激增的效率及穩(wěn)定性的需求，MK6840和MK6841能適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景，提供高效且穩(wěn)定的供電能力。

MK6840實(shí)物圖

MK6841實(shí)物圖

三、MK684x系列核心功能

集成高性能SGT MOSFET上下管和智能驅(qū)動

25V/25V 上/下管耐壓

90A 最大平均電流

120A 峰值過流保護(hù)

5uA/A IMON上報(bào)

8mV/℃ 溫度上報(bào)

200kHz-1.2MHz 開關(guān)頻率，瞬態(tài)4MHz

4.5V-16V 輸入電壓范圍，不需要加Rboot，簡化模塊設(shè)計(jì)

4.5V-5.5V 驅(qū)動電壓

3.3V/5V PWM邏輯電平

支持三態(tài)PWM

BOOT-PHASE 電容電壓自動刷新充電

豐富的保護(hù)功能：正電流保護(hù), 負(fù)電流保護(hù), 過溫保護(hù)，VCC/VDRV/BOOT-PHASE欠壓保護(hù), 上、下管短路保護(hù)，智能故障上報(bào)識別Fault ID

兼容多品牌多相控制器

符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)

管腳兼容（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)34-Pin 4x6 QFN）

四、MK684X系列引腳封裝&典型應(yīng)用框圖

MK684X引腳封裝圖

MK684X典型應(yīng)用框圖

五、MK684X系列產(chǎn)品優(yōu)勢

在算力需求激增的當(dāng)下，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨空間、效率與智能管理等多重壓力。茂睿芯新一代4x6封裝智能功率級MK6840和MK6841，在實(shí)現(xiàn)尺寸精簡的同時，更集成了高效率、高精度IMON上報(bào)、強(qiáng)散熱性與高可靠性四大核心特性，直接應(yīng)對高密度計(jì)算場景的嚴(yán)苛需求。

1、效率加1%，電費(fèi)減百萬

在能源成本高企的背景下，效率就是生命力。MK6840和MK6841采用超低Rdson的SGT MOSFET，并同時優(yōu)化死區(qū)時間，實(shí)現(xiàn)了全負(fù)載范圍內(nèi)效率的顯著提升。以典型工況（12V輸入、0.9V輸出、5V驅(qū)動、800kHz開關(guān)頻率）為例，其峰值效率可達(dá)92%，較上一代5x6封裝的MK685X系列提升1.1%，不僅領(lǐng)先國內(nèi)同類產(chǎn)品，也與國際主流廠商同類產(chǎn)品效率相當(dāng)。將電感焊接到頂部SW開窗處，由于縮短了大電流通路，與電感直接布局于主板的方案相比，在同等條件下，MK6841的效率可提升1~2%。

MK6840/MK6841 4PH 12V轉(zhuǎn)0.9V效率圖

2、±3%高精度IMON上報(bào)，

瞬態(tài)響應(yīng)更迅速

數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化始于精準(zhǔn)的測量。MK6840和MK6841通過優(yōu)化檢測電路，革命性地提升了電流上報(bào)精度。電流上報(bào)精度的提升，一方面可充分釋放核心處理器的性能潛力，另一方面，在多相控制器啟用LoadLine功能時，能進(jìn)一步提升輸出電壓的控制精度。驅(qū)動架構(gòu)層集成了高精度、低溫漂采樣電路，實(shí)現(xiàn)5uA/A且在全溫度、全量程范圍內(nèi)±3%以內(nèi)的IMON電流上報(bào)精度，較MK6850的±5%精度有顯著提升?；谶@樣的高精度IMON上報(bào)精度，系統(tǒng)能更準(zhǔn)確地進(jìn)行能效分析、優(yōu)化負(fù)載分配，并實(shí)現(xiàn)對潛在故障的預(yù)測性維護(hù)，從而在問題發(fā)生前提前預(yù)警。

MK6840/MK6841 12V轉(zhuǎn)0.9V 800kHz IMON上報(bào)誤差圖

3、小封裝，強(qiáng)散熱

MK6840與MK6841以創(chuàng)新的封裝與熱管理設(shè)計(jì)，打破“小封裝必然過熱”的固有印象，通過采用低熱阻封裝基板與先進(jìn)的內(nèi)部貼裝工藝，最大化地將芯片熱量傳導(dǎo)至封裝外殼和PCB，確保4x6 SPS在緊湊空間內(nèi)的卓越散熱表現(xiàn)。其中，MK6841更配備了頂部裸露熱焊盤的設(shè)計(jì)，形成雙面散熱路徑，進(jìn)一步強(qiáng)化散熱性能。相關(guān)分析表明，具有頂部散熱通道的MK6841，相對于單面散熱的MK6840，頂部熱阻θJC_TOP可以降低73%。如圖中所示的實(shí)際測試（4相開啟，輸出電壓0.9V，輸出電流40A/PH，持續(xù)30分鐘），MK6840溫度從室溫27℃升至115.5℃，而MK6841在相同條件下僅升至112.2℃，展現(xiàn)出更優(yōu)的溫控表現(xiàn)。上述溫升測試無風(fēng)無散熱器，當(dāng)在有風(fēng)有散熱器的情況下由于MK6841頂部開窗熱阻更小相較MK6840溫升會有更明顯的降低。

MK6840

0.9V 4PH 40A/PH

熱成像圖

MK6841

0.9V 4PH 40A/PH

熱成像圖

4、高可靠性護(hù)航，系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定

可靠性是AI服務(wù)器應(yīng)用的基石。MK6840和MK6841從設(shè)計(jì)源頭著手，構(gòu)建了全方位的保護(hù)體系。其具體還包括以下保護(hù)功能：

首先是TMON上報(bào)保護(hù)功能。MK6840和MK6841內(nèi)部均集成了溫度上報(bào)和過溫保護(hù)功能，可以通過TMON引腳，向控制器輸出符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TMON信號，其溫度系數(shù)為8mV/℃。此外TMON信號還有故障輸出功能，可以通過將TMON信號拉到3.3V的高電平來向控制器反饋不同類型的錯誤。

TMON電平邏輯圖

其次是峰值電流限流功能。MK6840和MK6841限制的最大輸出電流為120A。當(dāng)輸出電流的峰值達(dá)到120A時， SPS能強(qiáng)制關(guān)閉上管，這樣的設(shè)計(jì)有效的預(yù)防了輸出電感飽和的問題，防止SPS因電感飽和或過溫而導(dǎo)致?lián)p壞。

峰值電流限流邏輯示意圖

除了峰值電流限流功能，MK6840和MK6841還具備負(fù)電流保護(hù)功能。這主要是為應(yīng)對在輸出電壓下調(diào)（DVID DOWN）或過壓保護(hù)（OVP）等情況時，有效防止因長時間開啟下管所導(dǎo)致的電感反向飽和現(xiàn)象。AI處理器的工作負(fù)載瞬息萬變，會導(dǎo)致電流急劇變化。負(fù)電流保護(hù)功能確保了功率級在劇烈的負(fù)載瞬變過程中，能夠快速應(yīng)對可能產(chǎn)生的反向電流沖擊，維持電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的穩(wěn)定，為CPU/GPU等核心處理器提供更純凈、更穩(wěn)定的電力。

負(fù)電流保護(hù)邏輯示意圖

最后是具備BOOT電容自動刷新功能。若PWM長期處于三態(tài)邏輯，且BOOT電容電壓低于閾值之時，驅(qū)動器會主動對BOOT電容進(jìn)行充電。整個過程在后臺靜默完成，無需主控制器干預(yù)，一旦PWM信號恢復(fù)，功率級立即能以全功能狀態(tài)投入工作。

六、MK684X系列兼容性

兼容性是決定一款新產(chǎn)品能否被市場快速采納的關(guān)鍵因素。MK6840和MK6841無論是在封裝和引腳定義，還是在軟硬件功能的適配上都做到了與業(yè)界主流產(chǎn)品相兼容，因此可以完美適配多家廠商的多相控制器。

1、封裝兼容性

4x6mm封裝是目前業(yè)界主流智能功率級廣泛采用的尺寸之一，尤其是在高性能、高密度應(yīng)用中。MK6840和MK6841提供了與業(yè)界主流4x6兼容的封裝，確?？蛻艨梢栽诓桓淖働CB核心布局的情況下，進(jìn)行“Drop-in”替換（直接替換），或僅需微調(diào)即可完成設(shè)計(jì)遷移，極大降低了升級門檻。

2、引腳兼容性

MK6840和MK6841嚴(yán)格遵循了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列邏輯（如VIN、SW、PGND、PVCC、BOOT等電源和功率引腳），確保在物理連接上與現(xiàn)有的控制器和PCB布線相匹配。對于關(guān)鍵功能引腳（如IMON、TMON、故障上報(bào)等），MK6840和MK6841也采用了與主流產(chǎn)品兼容的配置，并確保其電氣特性（如上拉/下拉電壓、電流能力）符合行業(yè)規(guī)范，無需外部電路大幅修改即可正常工作。

3、電氣與功能兼容性

對于PWM接口，MK6840和MK6841支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的3.3V/5V PWM邏輯電平輸入，與所有主流多相控制器完全兼容。對于TMON接口同樣采用業(yè)界通用標(biāo)準(zhǔn)，其溫度系數(shù)為8mV/℃，0℃時基準(zhǔn)電壓為0.6V，既可反映系統(tǒng)的溫度參數(shù)，又可輕松向控制器上報(bào)故障信息。IMON接口具備高精度電流上報(bào)功能，可輸出與負(fù)載電流成5μA/A比例的模擬電流信號，確保在不同多相控制器上，電流上報(bào)和均流功能也能正常運(yùn)行。

4、熱設(shè)計(jì)兼容性

MK6840和MK6841熱性能參數(shù)與主流4x6封裝產(chǎn)品相似。客戶可以沿用其成熟的散熱解決方案，如導(dǎo)熱墊片、散熱器尺寸和固定方式，確保了在系統(tǒng)級熱設(shè)計(jì)上的無縫兼容。其中，MK6841頂部的熱焊盤設(shè)計(jì)還能進(jìn)一步兼容供電模塊，極大提高了其熱性能，客戶可以最大限度地復(fù)用其經(jīng)過驗(yàn)證的PCB散熱設(shè)計(jì)。

七、MK684X系列與MK6850性能對比

樣品申請

MK6840、MK6841現(xiàn)支持送樣測試，如需申請樣品或訂購產(chǎn)品可通過以下方式聯(lián)系我們。

電話：0755-21650039

郵件：sales@meraki-ic.com

關(guān)于茂睿芯

茂睿芯（深圳）科技有限公司是一家專注于高性能模擬及混合信號集成電路設(shè)計(jì)、研發(fā)、銷售與技術(shù)服務(wù)的國家高新技術(shù)企業(yè)，是國家級專精特新 “小巨人” 企業(yè)。公司成立于2017年，總部位于深圳，在北京、上海、無錫、天津等地均設(shè)有分部。

茂睿芯始終堅(jiān)持自主研發(fā)、創(chuàng)新驅(qū)動，秉承平臺化發(fā)展策略，業(yè)務(wù)覆蓋消費(fèi)電子、工業(yè)和汽車3大應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品主要聚焦于光伏儲能、充電樁、汽車電子、高端算力電源、工業(yè)電源和自動化以及PD快充等應(yīng)用領(lǐng)域。