数明半导体N沟道MOSFET驱动器SiLM266x电荷泵电容配置
SiLM2660/61是一款低功耗、高侧、N沟道MOSFET驱动器，可用于同时驱动多颗MOSFET的应用，以帮助用户的电池系统免受电池欠压、过电压或短路等故障的影响。本文旨在描述SiLM266x系列在具有不同数量MOSFET的应用下如何配置Charge Pump电容容值。
SilM266x电荷泵的应用问题
随着实际应用中MOSFET数量的增加，SiLM266x系列高边驱动的负载电容也随之增加，SiLM266x需要增加VDDCP和BAT端子之间的电荷泵电容容值，以提供足够的驱动电荷，保证可靠开通MOSFET。如果电荷泵电容容值没有随着MOSFET的增加而增加，则在某个阈值处，MOSFET将无法被完全打开，并且VDDCP电压将在开通和关断阈值之间反复循环，因为没有足够的电荷来维持正常开启MOSFET的电压，如下图1所示。
SiLM266x的电荷泵开启受CP_EN逻辑控制，也与CHG_EN，DSG_EN的控制逻辑有关。这意味着，通过单独启用CHG_EN或DSG_EN，即使CP_EN引脚被禁用，电荷泵也会自动打开。当CP_EN为高时，无论CHG_EN和DSG_EN输入的状态如何，电荷泵都会打开。在实际应用中，会存在两种情形，一是CP_EN已经提前开启电荷泵，再来开启充电MOSFET或放电MOSFET。下图2是SiLM2660产品VDDCP电压提前建立，系统启动成功的情形。还有一种情形是，电荷泵的开启受CHG_EN或DSG_EN控制。若电荷泵是由CHG_EN或DSG_EN启动时，当VDDCP的电压在开启过程中，一般是VDDCP电压达到欠压保护值之后，便打开输出CHG和DSG电压，这个时候电荷泵电路既要给VDDCP的电容充电还需要给充电MOSFET或者放电MOSFET等负载提供电荷，此时为了保证正常开启和工作，VDDCP的电容容值要比电荷泵电压已经完全建立情形下的电容容值要大，否则可能则会造成MOSFET将无法被正常打开。例如，SiLM2661产品是没有CP_EN的，电荷泵的开启只能通过CHG_EN或DSG_EN。下图3是VDDCP受CHG_EN或DSG_EN控制，VDDCP电压和输出CHG与DSG电压同时启动，因为电荷泵电容偏小而造成系统启动异常的情况。
SilM266x电荷泵电容的选择
综上各种情形，一旦总充放电MOSFET的等效输入电容超过12nF，建议电荷泵电容必须从470nF电容容值增加，同时要满足电荷泵电容（CVDDCP）大约是40倍的MOSFET总输入电容（CL）和。实际测试结果都是基于来自威兆半导体的MOSFET完成，具体型号为VSP004N10MS-G，该MOSFET的输入电容约为4.24nF。随后，通过将单个MOSFET的输入电容按5nF来计算CL，以考虑实际MOSFET输入电容的参数偏差。值得注意的是，随着电荷泵电容的增加，电荷泵输出电压VDDCP的启动时间也会越长。实际应用中，必须考虑VDDCP电压启动时间变长带来的影响，建议CHG_EN和DSG_EN控制在VDDCP完全建立后再进行控制MOSFET开启操作。
表1显示了不同数量MOSFET应用情况下，VDDCP电荷泵电容大小的参考值。
本文测试中所用的MOSFET：VSP004N10MS-G， N-channel， Ciss：4.24nF，VDS：100V，ID：135A。
本文测试启动时会同时开启充电MOSFET和放电MOSFET，即CH_EN和DSG_EN短接在一起。另外，如下测试也会分两种不同的情形进行试验，即：一是CP_EN已经提前开启电荷泵，再来开启充电MOSFET和放电MOSFET。另一种情形是，电荷泵的开启受CHG_EN或DSG_EN控制, VDDCP电压建立过程中同时开启CHG和DSG输出电压。
实验示意图
实验测试结果
1个充电FET（1xCFET）和1个放电FET（1xDFET）串联
FET排列：1个充电FET（1xCFET），1个放电FET（1xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=0.47μF，输出带载5A。
2个充电FET（2xCFET）和2个放电FET（2xDFET）串联
FET排列：2个充电FET（2xCFET），2个放电FET（2xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=1uF，输出带载5A。
4个充电FET（4xCFET）和4个放电FET（4xDFET）串联
FET排列：4个充电FET（4xCFET)，4个放电FET（4xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=2.2μF，输出带载5A。
8个充电FET（8xCFET）和8个放电FET（8xDFET）串联
FET排列：8个充电FET（8xCFET），8个放电FET（8xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=4.7μF，输出带载5A。
12个充电FET（12xCFET）和12个放电FET（12xDFET）串联
FET排列：12个充电FET（12xCFET），12个放电FET（12xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=4.7μF，输出带载5A。
15个充电FET（15xCFET）和15个放电FET（15xDFET）串联
FET排列：15个充电FET（15xCFET），15个放电FET（15xDFET）串联。
测试条件：VBAT=48V，CVDDCP=10μF，输出带载5A。
总结
SiLM266x的电荷泵可能因为高边驱动的负载电容过大，或者启动过程中的冲击电流过大而造成电荷泵输出电压无法正常建立，从而影响MOSFET的开启。实际应用时，根据MOSFET使用数量和输入电容，建议遵循表1中的理论最小值来配置合适的电荷泵电容值，并通过实际的实验结果验证。
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