从GaN 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

发布时间：2025-04-03 17:35
作者：AMEYA360
来源：茂睿芯
阅读量：2135

　　2025年3月28日，茂睿芯受邀参加充电头网在前海国际会议中心举办的2025(春季)亚洲充电展。茂睿芯华南区应用经理梁潮裕先生参加了同期举办的2025亚洲充电大会，并在现场带来了主题为《666：从GaN到SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能》的演讲。演讲主题中的3个6为茂睿芯即将推出的3款以6结尾新品：MK2706、MK2606S和MK1206H，此次演讲重点介绍了这3款产品的特点、优势以及实际测试效果。

　　MK2706是一款集成700V/170mΩ的氮化镓功率管AC/DC产品，采用了全新GaNControlTM技术，能做到Current Sense 无采样电阻损耗，采用小环路+miller钳位的方式达成安全驱动，以及主动SR短路保护提高可靠性，并且能省去4颗个1206采样电阻，低压90V转换效率能提升0.3~0.4%，真正为客户做到省钱、省损耗、省心!

从GaN 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

　　MK2606S是截至目前为止，国内首发推出的小6pin直驱SiC的QR反激控制器，SiC本身具备高可靠性、高功率密度、高效率和耐高温的特点，MK2606能省去额外的SiC驱动器和驱动电路，具备全程QR/DCM以进一步提升转换效率、管脚抗扰加强能适用工业恶劣场景等产品优势。

从GaN 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

　　MK1206H是茂睿芯针对PD应用低电压做的一款5.1A大电流SR同步整流芯片，支持65W PD应用，助力多口充市场，可放置在输出正端或负端，支持CCM/DCM/QR、<500kHz频率、低至 3V 输出电压(自供电)，MK1206H能做到10ns极低关断延迟和4A关断电流，使得Vds应力尖峰电压能做得更低，同时具备25ns快速开通延迟进一步提升系统转换效率，适用于USB-PD快充、适配器及多口插排等应用场景。

从GaN 到 SiC, 茂睿芯控制器释放宽禁带半导体潜能

　　自2017年成立之初以来，茂睿芯始终坚持自主研发和创新驱动的开发理念，持续聚焦PD快充、工业电源等场景，打造了系列一站式解决方案的高性能模拟芯片产品，目前产品已覆盖消费电子、工业与算力及汽车电子等应用场景。


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　　一、背景　　在生成式 AI、大模型训练与智能算力爆发式增长的浪潮下，AI 服务器正朝着高密度、高功耗、高可靠性的方向极速演进，对供电系统的体积，效率、稳定性提出了前所未有的严苛要求。作为 AI 服务器供电架构的核心 “能量中枢”，智能功率级(SPS)的性能直接决定了算力输出的持续性与可靠性，成为解锁下一代 AI 算力跃迁的关键技术支点。　　为应对高密度计算场景对功率模块集成度、效率及可靠性的严苛要求，茂睿芯推出新一代智能功率级(SPS)产品MK684X系列(MK6840 & MK6841)，该系列采用紧凑型4mm x 6mm封装，是在24年12月发布的5mm x 6mm封装MK6850上的进一步迭代，致力于为AI服务器及高性能计算应用，树立功率密度与性能的新标杆。　　二、茂睿芯 4x6 SPS产品MK684X系列　　新一代MK684X系列(MK6840 & MK6841)延续多晶圆封装技术，进一步优化了两颗SGT MOSFET的Rdson以追求更高的效率，同时改进了驱动芯片，极大提高了电流上报精度(±3%)。除此之外，MK684X系列采用业界标准的新一代4mmx6mm QFN封装，其主要特征在于更高的功率密度和更紧凑的布局。　　茂睿芯MK684X系列包括MK6840和MK6841，两颗产品封装尺寸完全一致，不同之处在于MK6841为MK6840的双面散热和通流的优化版，更加聚焦于在AI服务器供电模块(Module)上的应用。MK6841采用的双面散热的封装结构，在芯片正面有可以直接与电感相连的SW焊点，在保持其他性能不变的条件下尽可能提升其散热性能和效率。面对AI服务器日益激增的效率及稳定性的需求，MK6840和MK6841能适应各种复杂的应用场景，提供高效且稳定的供电能力。　　MK6840实物图：　　MK6841实物图：　　三、MK684x系列核心功能　　集成高性能SGT MOSFET上下管和智能驱动　　25V/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，不需要加Rboot，简化模块设计　　4.5V-5.5V 驱动电压　　3.3V/5V PWM逻辑电平　　支持三态PWM　　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34-Pin 4x6 QFN)　　四、MK684X系列引脚封装&典型应用框图　　MK684X引脚封装图：　　MK684X典型应用框图：　　五、MK684X系列产品优势　　在算力需求激增的当下，供电系统的设计面临空间、效率与智能管理等多重压力。茂睿芯新一代4x6封装智能功率级MK6840和MK6841，在实现尺寸精简的同时，更集成了高效率、高精度IMON上报、强散热性与高可靠性四大核心特性，直接应对高密度计算场景的严苛需求。　　1、效率加1%，电费减百万　　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，并同时优化死区时间，实现了全负载范围内效率的显著提升。以典型工况(12V输入、0.9V输出、5V驱动、800kHz开关频率)为例，其峰值效率可达92%，较上一代5x6封装的MK685X系列提升1.1%，不仅领先国内同类产品，也与国际主流厂商同类产品效率相当。将电感焊接到顶部SW开窗处，由于缩短了大电流通路，与电感直接布局于主板的方案相比，在同等条件下，MK6841的效率可提升1~2%。　　MK6840/MK6841 4PH 12V转0.9V效率图：　　2、±3%高精度IMON上报，瞬态响应更迅速　　数据驱动的优化始于精准的测量。MK6840和MK6841通过优化检测电路，革命性地提升了电流上报精度。电流上报精度的提升，一方面可充分释放核心处理器的性能潜力，另一方面，在多相控制器启用LoadLine功能时，能进一步提升输出电压的控制精度。驱动架构层集成了高精度、低温漂采样电路，实现5uA/A且在全温度、全量程范围内 ±3% 以内的IMON电流上报精度，较MK6850的±5%精度有显著提升。基于这样的高精度IMON上报精度，系统能更准确地进行能效分析、优化负载分配，并实现对潜在故障的预测性维护，从而在问题发生前提前预警。　　MK6840/MK6841 12V转0.9V 800kHz IMON上报误差图：　　3、小封装，强散热　　MK6840与MK6841以创新的封装与热管理设计，打破“小封装必然过热”的固有印象，通过采用低热阻封装基板与先进的内部贴装工艺，最大化地将芯片热量传导至封装外壳和PCB，确保4x6 SPS在紧凑空间内的卓越散热表现。其中，MK6841更配备了顶部裸露热焊盘的设计，形成双面散热路径，进一步强化散热性能。相关分析表明，具有顶部散热通道的MK6841，相对于单面散热的MK6840，顶部热阻θJC_TOP可以降低73%。如图中所示的实际测试(4相开启，输出电压0.9V，输出电流40A/PH，持续30分钟)，MK6840温度从室温27℃升至115.5℃，而MK6841在相同条件下仅升至112.2℃，展现出更优的温控表现。上述温升测试无风无散热器，当在有风有散热器的情况下由于MK6841顶部开窗热阻更小相较MK6840温升会有更明显的降低。　　4、高可靠性护航，系统运行更稳定　　可靠性是AI服务器应用的基石。MK6840和MK6841从设计源头着手，构建了全方位的保护体系。其具体还包括以下保护功能：　　首先是TMON上报保护功能。MK6840和MK6841内部均集成了温度上报和过温保护功能，可以通过TMON引脚，向控制器输出符合行业标准的TMON信号，其温度系数为8mV/℃。此外TMON信号还有故障输出功能，可以通过将TMON信号拉到3.3V的高电平来向控制器反馈不同类型的错误。　　其次是峰值电流限流功能。MK6840和MK6841限制的最大输出电流为120A。当输出电流的峰值达到120A时， SPS能强制关闭上管，这样的设计有效的预防了输出电感饱和的问题，防止SPS因电感饱和或过温而导致损坏。　　除了峰值电流限流功能，MK6840和MK6841还具备负电流保护功能。这主要是为应对在输出电压下调(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。AI处理器的工作负载瞬息万变，会导致电流急剧变化。负电流保护功能确保了功率级在剧烈的负载瞬变过程中，能够快速应对可能产生的反向电流冲击，维持电压调节环路的稳定，为CPU/GPU等核心处理器提供更纯净、更稳定的电力。　　最后是具备BOOT电容自动刷新功能。若PWM长期处于三态逻辑，且BOOT电容电压低于阈值之时，驱动器会主动对BOOT电容进行充电。整个过程在后台静默完成，无需主控制器干预，一旦PWM信号恢复，功率级立即能以全功能状态投入工作。　　六、MK684X系列兼容性　　兼容性是决定一款新产品能否被市场快速采纳的关键因素。MK6840和MK6841无论是在封装和引脚定义，还是在软硬件功能的适配上都做到了与业界主流产品相兼容，因此可以完美适配多家厂商的多相控制器。　　1、封装兼容性　　4x6mm封装是目前业界主流智能功率级广泛采用的尺寸之一，尤其是在高性能、高密度应用中。MK6840和MK6841提供了与业界主流4x6兼容的封装，确保客户可以在不改变PCB核心布局的情况下，进行“Drop-in”替换(直接替换)，或仅需微调即可完成设计迁移，极大降低了升级门槛。　　2、引脚兼容性　　MK6840和MK6841严格遵循了业界标准的引脚排列逻辑(如VIN、SW、PGND、PVCC、BOOT等电源和功率引脚)，确保在物理连接上与现有的控制器和PCB布线相匹配。对于关键功能引脚(如IMON、TMON、故障上报等)，MK6840和MK6841也采用了与主流产品兼容的配置，并确保其电气特性(如上拉/下拉电压、电流能力)符合行业规范，无需外部电路大幅修改即可正常工作。　　3、电气与功能兼容性　　对于PWM接口，MK6840和MK6841支持业界标准的3.3V/5V PWM逻辑电平输入，与所有主流多相控制器完全兼容。对于TMON接口同样采用业界通用标准，其温度系数为8mV/℃，0℃时基准电压为0.6V，既可反映系统的温度参数，又可轻松向控制器上报故障信息。IMON接口具备高精度电流上报功能，可输出与负载电流成5μA/A比例的模拟电流信号，确保在不同多相控制器上，电流上报和均流功能也能正常运行。　　4、热设计兼容性　　MK6840和MK6841热性能参数与主流4x6封装产品相似。客户可以沿用其成熟的散热解决方案，如导热垫片、散热器尺寸和固定方式，确保了在系统级热设计上的无缝兼容。其中，MK6841顶部的热焊盘设计还能进一步兼容供电模块，极大提高了其热性能，客户可以最大限度地复用其经过验证的PCB散热设计。　　七、MK684X系列与MK6850性能对比
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