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茂睿芯推出90A等級的智能功率級MK6850

Meraki Integrated茂睿芯 ? 來源:Meraki Integrated茂睿芯 ? 2024-12-18 14:10 ? 次閱讀
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一、背景

自2022年OpenAI發布ChatGPT以來,生成式人工智能(AI)技術獲得了廣泛關注,一系列開創性研究成果相繼發布,引領了人工智能的新一輪創新浪潮。當前人工智能、數據中心等算力基礎設施,都以GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片作為計算核心,它們均基于先進半導體工藝制作,采用多相電源(多相控制器 + 智能功率級Smart Power Stage,簡稱SPS)為其提供低壓大電流電源管理解決方案。為滿足客戶當前對多相電源高功率密度、高效率和高可靠性的需求,降低TCO、提高電能轉換效率和實現“雙碳”目標,茂睿芯推出了90A等級的智能功率級MK6850。

SPS在AI服務器供電架構中的應用

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SPS在傳統服務器供電架構中的應用

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二、茂睿芯90A SPS產品 MK6850

智能功率級是一種高端的DC-DC芯片,是電源管理芯片中技術含量最高的產品之一。MK6850作為一顆智能功率級產品,采用多晶圓封裝技術,內部集成了兩顆超低Rdson 的SGT MOSFET和一顆高性能驅動芯片,同時采用了業界標準的5mmx6mm QFN封裝,此封裝占板面積小,可大幅提升功率密度,能廣泛應用于高性能服務器,存儲服務器,數據通訊,AI訓練和推理加速卡,顯卡,高端臺式機和筆記本等應用。

三、MK6850 產品特征

●集成高性能SGT MOSFET上下管和智能驅動

● 30V/25V 上/下管耐壓

● 90A 最大平均電流

● 120A 峰值過流保護

● 5uA/A IMON上報

● 8mV/℃ 溫度上報

● 200kHz-1.2MHz 開關頻率,瞬態4MHz

● 4.5V-16V 輸入電壓范圍

● 4.5V-5.5V 驅動電壓

● 3.3V/5V PWM邏輯電平

● 支持三態PWM和使用下管體二極管進行降低過沖操作

● BOOT-PHASE 電容電壓自動刷新充電

● 豐富的保護功能:正電流保護, 負電流保護, 過溫保護,VCC/VDRV/BOOT-PHASE欠壓保護, 上、下管短路保護,智能故障上報識別Fault ID

●兼容多品牌多相控制器

● 符合ROHS標準

● 管腳兼容(行業標準39-Pin 5x6 QFN)

四、MK6850 引腳封裝圖&典型應用框圖

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MK6850引腳封裝圖

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MK6850典型應用框圖

五、MK6850 三大重要設計指標

GPU、NPU/TPU、CPU等算力芯片的運算速率越來越高,處理數據量與日俱增,能耗持續攀升,對智能功率級(SPS)的性能和穩定性提出了更高的要求,因此茂睿芯將高可靠性,高效率和高精度IMON上報作為MK6850的三大重要設計指標。

1、高可靠性

針對高可靠性,MK6850采用了垂直結構的SGT MOSFET,相較于平面MOSFET,SGT MOSFET具有熱阻小,耐壓高,EAS能力強。經過器件長時間的封裝可靠性測試、超20萬小時的重載可靠性測試以及極限測試,全方位地驗證了器件的可靠性,確保其穩定可靠。

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MK6850 SGT MOSFET剖面結構圖

2、高效率

為提高效率,MK6850采用了超低Rdson的SGT MOSFET,配以低阻抗大通流的銅扣封裝,對死區時間進行了精細優化。以12V輸入、1.8V輸出、5V驅動電壓、800kHz開關頻率條件為例,MK6850的峰值效率為94.7%,領先于國內同類產品。

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MK6850 MCM封裝結構圖

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12V 轉1.8V效率圖(已含電感損耗)

3、高精度 IMON 上報

SPS產品的IMON上報精度對于CPU等中央處理器的性能起到至關重要的作用,上報偏高會限制CPU的性能;上報偏低可提高CPU性能,但會使CPU過熱從而影響CPU使用壽命。

MK6850具備實時偵測內部MOSFET電流信息的能力,結合驅動器內置的先進電流上報算法以及精準的溫度補償機制,使其能夠實現5uA/A且精度為±5%的IMON輸出,確保提高CPU性能的同時不影響CPU的使用壽命。

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12V轉1.8V 800kHz IMON上報誤差圖

六、MK6850 溫度上報與保護功能

MK6850內部集成了溫度上報與過溫保護功能,溫度信息通過TMON引腳以8mV/℃的比例輸出。同時,MK6850 TMON引腳還兼具故障輸出功能,能夠通過電平的高低向多相控制器報告不同類型的錯誤。

在保護功能方面,MK6850特別設計了峰值逐周期限流功能,專為預防多相控制器誤發長PWM脈寬信號而出現輸出電感飽和的問題,這一功能設計為防止電感飽提供了堅實后盾與最后一道安全防線。

其次,MK6850還具備負電流保護功能,能夠在輸出電壓下調(DVID DOWN)或過壓保護(OVP)等情況時,有效防止因長時間開啟下管所導致的電感反向飽和現象。即便在電感未發生反向飽和的情況下,當控制器需要關閉下管時,也能阻止過大的負電流流經上管的體二極管,從而確保上管的安全,避免其因過熱而損壞。

值得一提的是,MK6850還具備BOOT電容自動刷新功能,當PWM信號持續處于三態模式,并且BOOT電容電壓跌落至預設的閾值以下時,驅動電路會自動對BOOT電容進行充電,這一設計確保了在下一次上管開啟時能夠為其提供足夠的驅動電壓,從而保障整個電源系統穩定和高效的運行。

七、MK6850 兼容性分析與測試

1、MK6850 兼容性分析

智能功率級(SPS)與控制器必須連接的三個引腳為IMON、TMON/FLT和PWM,以下從原理上分析MK6850 這三個引腳和市面上主流多相控制器的兼容性。

①IMON 引腳

MK6850 IMON上報符合業界通用標準5uA/A,通過微調控制器IMON的Gain和Offset,可達到CPU所要求的IMON上報精度,也可以外接1kΩ電阻,將電流型的IMON變成電壓型IMON,實現向下兼容。

②TMON/FLT 引腳

MK6850 TMON符合業界通用標準8mV/℃,0.6V@0℃,可完全實現兼容,發生Fault時TMON能拉高至3.3V。

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③PWM 引腳

MK6850 符合業界控制器通用3.3V PWM電平標準。

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MK6850可以在PWM三態、PWM高和PWM低之間任意切換,POCP功能可保護PWM高到PWM三態產生長脈寬而造成地電感飽和。

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MK6850支持PWM高最小脈沖,當PWM高不足50ns時能擴展為50ns,可防止驅動器損壞。

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MK6850支持PWM低最小脈沖,當PWM低不足50ns時能擴展為50ns,可防止驅動器損壞。

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MK6850支持NOCP,當PWM常低時防止電感反向飽和,阻止負電流損壞上管體二極管。

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MK6850支持POCP,當控制器P2CL不準確,或者PWM常高時防止電感飽和。

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MK6850支持大動態釋放負載時PWM變為三態進入Body Braking模式。

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2、MK6850 兼容性測試

MK6850的驅動器內置嚴密控制和保護邏輯,已成功與國內外多家廠商的多相控制器進行了廣泛的兼容性測試,包括但不限于英特爾VR14 Eagle Stream 350W平臺、國內64核ARM平臺&SW64平臺。

Intel VR14 Eagle Stream平臺0A-445A靜態電流上報:通過

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

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③通過多客戶多平臺測試

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八、MK6850 典型應用場景

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原文標題:新品發布 | 茂睿芯推出90A智能功率級(SPS)MK6850

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