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BTN7971B

器件型号:BTN7971B
器件类别:接口   
厂商名称:Infineon [Infineon]
厂商官网:http://www.infineon.com/
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器件描述

HALF BRIDGE BASED PRPHL DRVR, PSSO7

半桥PRPHL驱动, PSSO7

参数

BTN7971B端子数量 7
BTN7971B加工封装描述 GREEN, PLASTIC, TO263, 7 PIN
BTN7971B无铅 Yes
BTN7971B欧盟RoHS规范 Yes
BTN7971B状态 ACTIVE
BTN7971B包装形状 RECTANGULAR
BTN7971B包装尺寸 SMALL OUTLINE
BTN7971B表面贴装 Yes
BTN7971B端子形式 GULL WING
BTN7971B端子涂层 NOT SPECIFIED
BTN7971B端子位置 SINGLE
BTN7971B包装材料 PLASTIC/EPOXY
BTN7971B接口类型 HALF BRIDGE BASED PRPHL DRVR
BTN7971B输出电流流动方向 SOURCE AND SINK

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BTN7971B器件文档内容

                                                        Data Sheet, Rev. 2.0, June 2008

BTN7971B

High Current PN Half Bridge
NovalithICTM

Automotive Power
                      High Current PN Half Bridge
                                               BTN7971B

Table of Contents

1      Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2      Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1    Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2    Terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3      Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.1    Pin Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2    Pin Definitions and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4      General Product Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.1    Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
4.2    Functional Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.3    Thermal Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5      Block Description and Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5.1    Supply Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5.2    Power Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5.2.1
5.2.2    Power Stages - Static Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.2.3    Switching Times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5.3      Power Stages - Dynamic Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5.3.1  Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.2    Overvoltage Lock Out . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.3    Undervoltage Shut Down . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.4    Overtemperature Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.5    Current Limitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.6    Short Circuit Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.4      Electrical Characteristics - Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.4.1  Control and Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.2    Input Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.3    Dead Time Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.4    Adjustable Slew Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.5    Status Flag Diagnosis With Current Sense Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.6    Truth Table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
         Electrical Characteristics - Control and Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
6
6.1    Application Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6.2    Application Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
6.3    Layout Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
       Half-bridge Configuration Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7
       Package Outlines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
8
       Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Data Sheet         2  Rev. 2.0, 2008-06-27
High Current PN Half Bridge                                         BTN7971B
NovalithICTM

1           Overview

Features                                                            PG-TO263-7-1

Path resistance of max. 30.5 m @ 150 C (typ. 16 m @ 25 C)
    High Side: max. 12.8 m @ 150 C (typ. 7 m @ 25 C)
    Low Side: max. 17.7 m @ 150 C (typ. 9 m @ 25 C)

Low quiescent current of typ. 7 A @ 25 C
PWM capability of up to 25 kHz combined with active freewheeling
Enhanced switching speed for reduced switching losses
Switched mode current limitation for reduced power dissipation

    in overcurrent
Current limitation level of 50 A min. / 70 A typ. (low side)
Status flag diagnosis with current sense capability
Overtemperature shut down with latch behavior
Overvoltage lock out
Undervoltage shut down
Driver circuit with logic level inputs
Adjustable slew rates for optimized EMI
Green Product (RoHS compliant)
AEC Qualified

Description

The BTN7971B is a integrated high current half bridge for motor drive applications. It is part of the NovalithICTM
family containing one p-channel highside MOSFET and one n-channel lowside MOSFET with an integrated driver
IC in one package. Due to the p-channel highside switch the need for a charge pump is eliminated thus minimizing
EMI. Interfacing to a microcontroller is made easy by the integrated driver IC which features logic level inputs,
diagnosis with current sense, slew rate adjustment, dead time generation and protection against overtemperature,
overvoltage, undervoltage, overcurrent and short circuit.

The BTN7971B provides a cost optimized solution for protected high current PWM motor drives with very low
board space consumption.

Type                         Package                                Marking
BTN7971B                     PG-TO263-7-1                           BTN7971B

Data Sheet                                     3                                      Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                                                                  High Current PN Half Bridge
                                                                                                                                                           BTN7971B

                                                                                                                                                             Block Diagram

2    Block Diagram

The BTN7971B is part of the NovalithICTM family containing three separate chips in one package: One p-channel
highside MOSFET and one n-channel lowside MOSFET together with a driver IC, forming a integrated high current
half-bridge. All three chips are mounted on one common lead frame, using the chip on chip and chip by chip
technology. The power switches utilize vertical MOS technologies to ensure optimum on state resistance. Due to
the p-channel highside switch the need for a charge pump is eliminated thus minimizing EMI. Interfacing to a
microcontroller is made easy by the integrated driver IC which features logic level inputs, diagnosis with current
sense, slew rate adjustment, dead time generation and protection against overtemperature, overvoltage,
undervoltage, overcurrent and short circuit. The BTN7971B can be combined with other BTN7971B to form H-
bridge and 3-phase drive configurations.

2.1  Block Diagram

                        Undervolt.                      Overvolt.     Current                                                                        VS
                        detection                       detection     Sense                                                                          OUT
                                                                                                                                                     GND
                                                                   Overcurr.
                                                                   Detection

                                                                       HS

                                            Overtemp.                                   Gate Driver
                                            detection                                        HS
     IS

                                                        Digital Logic                   LS off HS off

     IN
                                                                                                                     Gate Driver

                                                                                             LS

     INH

     SR                  Slewrate                                  Overcurr.
                        Adjustment                                 Detection

                                                                       LS

Figure 1 Block Diagram

2.2  Terms

Following figure shows the terms used in this data sheet.

                VS                                                     I VS , -I D(HS)                                            VDS (HS )

                               I IN                                VS

                                                   IN                                  O UT      I OUT , I L
                                                                                                   VSD (LS )
                   V IN                                                                                                                      V O UT
                              IINH
                                                                   G ND
                                                   INH
                                                                       IGND , I D(LS)
                      V INH
                                ISR

                                                   SR

                         VSR
                                 I IS

                                                   IS

                            V IS

Figure 2 Terms                                                     4                                                                                 Rev. 2.0, 2008-06-27
Data Sheet
                                                High Current PN Half Bridge
                                                                         BTN7971B

                                                                       Pin Configuration

3           Pin Configuration

3.1         Pin Assignment

                                             8

                                   1234 5 67

Figure 3 Pin Assignment BTN7971B (top view)

3.2         Pin Definitions and Functions

Pin         Symbol          I/O    Function
                                   Ground
1           GND             -      Input
                                   Defines whether high- or lowside switch is activated
2           IN              I      Inhibit
                                   When set to low device goes in sleep mode
3           INH             I      Power output of the bridge
                                   Slew Rate
4,8         OUT             O      The slew rate of the power switches can be adjusted by connecting
                                   a resistor between SR and GND
5           SR              I      Current Sense and Diagnostics
                                   Supply
6           IS              O

7           VS              -

Bold type: pin needs power wiring

Data Sheet                                   5  Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                               High Current PN Half Bridge
                                                                                                        BTN7971B

                                                                                 General Product Characteristics

4           General Product Characteristics

4.1         Absolute Maximum Ratings

Absolute Maximum Ratings 1)

Tj = -40 C to +150 C; all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                       Symbol                      Limit Values      Unit Conditions

                                                        Min.     Max.

Voltages

4.1.1 Supply Voltage                 VS                 -0.3     45                V            

4.1.2 Logic Input Voltage            VIN                -0.3     5.3               V            

                                     VINH

4.1.3 Voltage at SR Pin              VSR                -0.3     1.0               V            

4.1.4 Voltage between VS and IS Pin  VS -VIS -0.3                45                V            

4.1.5 Voltage at IS Pin              VIS                -20      45                V            

Currents

4.1.6 HS/LS Continuous Drain Current2) ID(HS) -44                44                A            TC < 85C
                                                         ID(LS)
                                                                                                switch active

                                                        -40      40                A            TC < 125C

                                                                                                switch active

4.1.7 HS/LS Pulsed Drain Current2)   ID(HS)             -90      90                A            TC < 85C

                                     ID(LS)                                                     tpulse = 10ms

                                                                                                single pulse

                                                        -85      85                A            TC < 125C

                                                                                                tpulse = 10ms

                                                                                                single pulse

4.1.8 HS/LS PWM Current2)            ID(HS)             -55      55                A            TC < 85C

                                     ID(LS)                                                     f = 1kHz, DC = 50%

                                                        -50      50                A            TC < 125C

                                                                                                f = 1kHz, DC = 50%

                                                        -60      60                A            TC < 85C

                                                                                                f = 20kHz, DC = 50%

                                                        -54      54                A            TC < 125C

                                                                                                f = 20kHz, DC = 50%

Temperatures

4.1.9 Junction Temperature           Tj                 -40      150               C
4.1.10 Storage Temperature
ESD Susceptibility                   Tstg               -55      150               C
4.1.11 ESD Susceptibility HBM
                                     VESD                                          kV           HBM3)

          IN, INH, SR, IS                               -2       2

          OUT, GND, VS                                  -6       6

1) Not subject to production test, specified by design

2) Maximum reachable current may be smaller depending on current limitation level

3) ESD susceptibility, HBM according to EIA/JESD22-A114-B (1.5 k, 100 pF)

Data Sheet                                              6                                       Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                    High Current PN Half Bridge
                                                                                                              BTN7971B

                                                                                                        General Product Characteristics

Note: Stresses above the ones listed here may cause permanent damage to the device. Exposure to absolute
       maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability.

Note: Integrated protection functions are designed to prevent IC destruction under fault conditions described in the
       data sheet. Fault conditions are considered as "outside" normal operating range. Protection functions are
       not designed for continuous repetitive operation.

Maximum Single Pulse Current

            |I max | [A]  100
                           90
                           80        1,0E-02  1,0E-01     1,0E+00  1,0E+01
                           70                 t pulse[s]
                           60
                           50
                           40
                           30
                           20
                           10
                             0
                            1,0E-03

Figure 4 BTN7971B Maximum Single Pulse Current (TC < 85C)

This diagram shows the maximum single pulse current that can be driven for a given pulse time tpulse. The

maximum reachable current may be smaller depending on the current limitation level. Pulse time may be limited
due to thermal protection of the device.

Data Sheet                                    7                    Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                      High Current PN Half Bridge
                                                                                               BTN7971B

                                                                        General Product Characteristics

4.2         Functional Range

Pos.   Parameter                          Symbol        Limit Values  Unit Conditions
4.2.1
4.2.2                                             Min.      Max.
4.2.3
       Supply Voltage Range for           VS(nom) 8         18        V  

       Nominal Operation

       Extended Supply Voltage Range for VS(ext)  VUV(OFF)max 28      V  Parameter

       Operation                                                         Deviations possible

       Junction Temperature               Tj      -40       150       C

4.3         Thermal Resistance

Pos. Parameter                            Symbol        Limit Values  Unit Conditions

                                                  Min. Typ. Max.

4.3.1  Thermal Resistance                 RthJC(LS)    1.3 1.8 K/W
4.3.2  Junction-Case, Low Side Switch1)                 0.6 0.9 K/W
4.3.3                                     RthJC(HS)    0.7 1.0 K/W
4.3.4  Rthjc(LS) = Tj(LS)/ Pv(LS)
                                          RthJC   
       Thermal Resistance
       Junction-Case, High Side Switch1)  RthJA        20           K/W 2)

       Rthjc(HS) = Tj(HS)/ Pv(HS)

       Thermal Resistance
       Junction-Case, both Switches1)

       Rthjc = max[Tj(HS), Tj(LS)] /
       (Pv(HS) + Pv(LS))

       Thermal Resistance
       Junction-Ambient1)

1) Not subject to production test, specified by design

2) Specified RthJA value is according to Jedec JESD51-2,-5,-7 at natural convection on FR4 2s2p board; The Product

     (chip+package) was simulated on a 76.2 x 114.3 x 1.5 mm board with 2 inner copper layers (2 x 70 m Cu, 2 x 35 m Cu).

Data Sheet                                        8                      Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                          High Current PN Half Bridge
                                                                                                                   BTN7971B

                                                                                     Block Description and Characteristics

5           Block Description and Characteristics

5.1         Supply Characteristics

VS = 8 V to 18 V, Tj = -40 C to +150 C, IL = 0 A, all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                                          Symbol          Limit Values       Unit Conditions

                                                                  Min. Typ. Max.

General

5.1.1 Supply Current                                    IVS(on)        2       3          mA  VINH = 5 V

                                                                                               VIN = 0 V or 5 V

                                                                                               RSR = 0

                                                                                               DC-mode

                                                                                               normal operation

                                                                                               (no fault condition)

5.1.2 Quiescent Current                                 IVS(off)       7       12         A  VINH = 0 V

                                                                                               VIN = 0 V or 5 V

                                                                                               Tj < 85 C

                                                                              65         A  VINH = 0 V

                                                                                               VIN = 0 V or 5 V

                                              25

                         I V S (o f f ) [A]  20

                                              15

                                              10

                                              5

                                              0

                                                  - 40  0         40    80      120   160

                                                                        T [C]

Figure 5 Typical Quiescent Current vs. Junction Temperature

Data Sheet                                                           9                         Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                                                      High Current PN Half Bridge
                                                                                                                                               BTN7971B

                                                                                                                 Block Description and Characteristics

5.2         Power Stages

The power stages of the BTN7971B consist of a p-channel vertical DMOS transistor for the high side switch and
a n-channel vertical DMOS transistor for the low side switch. All protection and diagnostic functions are located in
a separate top chip. Both switches can be operated up to 25 kHz, allowing active freewheeling and thus minimizing
power dissipation in the forward operation of the integrated diodes.

The on state resistance RON is dependent on the supply voltage VS as well as on the junction temperature Tj. The

typical on state resistance characteristics are shown in Figure 6.

     High Side Switch                                                                                 Low Side Switch

           25                                                                                                   25

           20                                                                                                   20
     R [m ]
        ON ( H S)

                                                                                           RON(LS) [m]

     15                                                                                                   15               Tj = 150C

     10                    Tj = 150C

      5                    Tj = 25C                                                                      10               Tj = 25C
         4                 Tj = -40C                                                                                      Tj = -40C
                                                                                                           5
            8          12  16 20 24 28                                                                        4  8     12  16 20 24 28

                           VS [V]                                                                                          VS [V]

Figure 6 Typical ON State Resistance vs. Supply Voltage (BTN7971B)

Data Sheet                                                                                            10                   Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                 High Current PN Half Bridge
                                                                                                          BTN7971B

                                                                            Block Description and Characteristics

5.2.1 Power Stages - Static Characteristics

VS = 8 V to 18 V, Tj = -40 C to +150 C, all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                             Symbol                       Limit Values    Unit Conditions

                                                   Min. Typ. Max.

High Side Switch - Static Characteristics

5.2.1  ON State High Side Resistance RON(HS)                                            m IOUT = 20 A; VS = 13.5 V
5.2.2
                                                                       7                         Tj = 25 C

                                                                       10  12.8                  Tj = 150 C

       Leakage Current High Side           IL(LKHS)                       1           A        VINH = 0 V; VOUT = 0 V

                                                                                                  Tj < 85 C

                                                                          50          A        VINH = 0 V; VOUT = 0 V

                                                                                                  Tj = 150 C

5.2.3  Reverse Diode Forward-Voltage VDS(HS)                                                   V  IOUT = -9 A
                                                                        0.9 1.5                   Tj = -40 C
       High Side1)                                                     0.8 1.1                   Tj = 25 C
                                                                        0.6 0.8                   Tj = 150 C
                                                   

                                                   

Low Side Switch - Static Characteristics

5.2.4  ON State Low Side Resistance RON(LS)                                             m         IOUT = -20 A; VS = 13.5 V
5.2.5                                                                                             Tj = 25 C
                                                                       9                        Tj = 150 C

                                                                       14  17.7                  VINH = 0 V; VOUT = VS
                                                                                                  Tj < 85 C
       Leakage Current Low Side            IL(LKLS)                       1           A
                                                                                                  VINH = 0 V; VOUT = VS
                                                                          10          A        Tj = 150 C

5.2.6  Reverse Diode Forward-Voltage VSD(LS)                                                   V  IOUT = 9 A
                                                                        0.9 1.5                   Tj = -40 C
       Low Side1)                                                                                Tj = 25 C
                                                                                                  Tj = 150 C
                                                                       0.8 1.1

                                                                       0.7 0.9

1) Due to active freewheeling, diode is conducting only for a few s, depending on RSR

Data Sheet                                                          11                            Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                      High Current PN Half Bridge
                                                                                               BTN7971B

                                                                 Block Description and Characteristics

5.2.2 Switching Times

   IN       t dr(HS) t r(HS)                                                                   t
                               VOUT                                 t df (HS ) tf (HS )
VOU T
                                                                                                               90%
90%
                                                                 VOU T

10%                                                              10%

                                                                 t

Figure 7 Definition of switching times high side (Rload to GND)

   IN       tdf (LS ) t f (LS )                                                               t
                                V OU T                              tdr(LS ) tr(LS )
VOU T
                                                                                                              90%
90%
                                                                 VOU T

10%                                                              10%

                                                                 t

Figure 8 Definition of switching times low side (Rload to VS)

Due to the timing differences for the rising and the falling edge there will be a slight difference between the length
of the input pulse and the length of the output pulse. It can be calculated using the following formulas:

tHS = (tdr(HS) + 0.5 tr(HS)) - (tdf(HS) + 0.5 tf(HS))
tLS = (tdf(LS) + 0.5 tf(LS)) - (tdr(LS) + 0.5 tr(LS)).

Data Sheet                              12                       Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                High Current PN Half Bridge
                                                                                         BTN7971B

                                                           Block Description and Characteristics

5.2.3 Power Stages - Dynamic Characteristics

VS = 13.5 V, Tj = -40 C to +150 C, Rload = 2 , all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                   Symbol              Limit Values                       Unit Conditions

                                          Min. Typ. Max.

High Side Switch Dynamic Characteristics

5.2.7 Rise-Time of HS            tr(HS)                                                 s
                                                                                        V/s
                                              0.2 0.6 1                                 s    RSR = 0
                                                                                        s    RSR = 5.1 k
                                                    1                                 V/s  RSR = 51 k
                                                                                        s
                                          0.8 2.7 6                                           RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
5.2.8 Slew Rate HS on1)          VOUT/                                                        RSR = 51 k
                                 tr( HS)
                                          10.8       18    54                                 RSR = 0
                                                    10.8                                    RSR = 5.1 k
                                          1.8        4     13.5                               RSR = 51 k

5.2.9 Switch on Delay Time HS    tdr(HS)                                                      RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
                                          1.2 2            2.8                                RSR = 51 k

                                                    2.8                                     RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
                                          2          7.8 15                                   RSR = 51 k

5.2.10 Fall-Time of HS           tf(HS)                                                       RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
                                          0.25 0.65 1.1                                       RSR = 51 k

                                                    1     

                                          0.8 3.6 7

5.2.11 Slew Rate HS off1)        -VOUT/

                                 tf(HS)   9.8        16.6 43.2

                                                    10.8

                                          1.5        3     13.5

5.2.12 Switch off Delay Time HS  tdf(HS)

                                              1      1.6 2.2

                                                    2.3

                                          1          6     11

1) Not subject to production test, calculated value; |VOUT|/ tr(HS) or |-VOUT|/ tf(HS)

Data Sheet                                       13                                           Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                            High Current PN Half Bridge
                                                                                     BTN7971B

                                                       Block Description and Characteristics

VS = 13.5 V, Tj = -40 C to +150 C, Rload = 2 , all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                    Symbol         Limit Values                           Unit Conditions

                                          Min. Typ. Max.

Low Side Switch Dynamic Characteristics

5.2.13 Rise-Time of LS            tr(LS)                                                s
                                                                                        V/s
                                               0.2 0.55 0.9                             s    RSR = 0
                                                                                        s    RSR = 5.1 k
                                                1                                     V/s  RSR = 51 k
                                                                                        s
                                          0.8 2.6 6                                           RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
5.2.14 Slew Rate LS switch off1)  VOUT/                                                       RSR = 51 k

                                  tr(LS)  12     19.6 54                                      RSR = 0
                                                 10.8                                        RSR = 5.1 k
                                                4.2 13.5                                     RSR = 51 k

                                          1.8                                                 RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
5.2.15 Switch off Delay Time LS   tdr(LS)                                                     RSR = 51 k

                                               0.3 0.8 1.3                                    RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
                                                1.2                                         RSR = 51 k

                                          0.8 3.6 7                                           RSR = 0
                                                                                              RSR = 5.1 k
5.2.16 Fall-Time of LS            tf(LS)                                                      RSR = 51 k

                                               0.15 0.5 0.85

                                                1     

                                          0.8 2.8 6

5.2.17 Slew Rate LS switch on1)   -VOUT/
                                  tf(LS)
                                          12.7   21.6  72
                                                10.8  
                                          1.8    3.9   13.5

5.2.18 Switch on Delay Time LS    tdf(LS)

                                               1.8 2.7 3.6

                                                3.8

                                          3      10    18

1) Not subject to production test, calculated value; |VOUT|/ tr(LS) or |-VOUT|/ tf(LS)

Data Sheet                                   14                                               Rev. 2.0, 2008-06-27
                                           High Current PN Half Bridge
                                                                    BTN7971B

                                      Block Description and Characteristics

5.3         Protection Functions

The device provides integrated protection functions. These are designed to prevent IC destruction under fault
conditions described in the data sheet. Fault conditions are considered as "outside" normal operating range.
Protection functions are not to be used for continuous or repetitive operation, with the exception of the current
limitation (Chapter 5.3.4). In a fault condition the BTN7971B will apply the highest slew rate possible independent
of the connected slew rate resistor. Overvoltage, overtemperature and overcurrent are indicated by a fault current

IIS(LIM) at the IS pin as described in the paragraph "Status Flag Diagnosis With Current Sense Capability" on

Page 19 and Figure 12.

In the following the protection functions are listed in order of their priority. Overvoltage lock out overrides all other
error modes.

5.3.1 Overvoltage Lock Out

To assure a high immunity against overvoltages (e.g. load dump conditions) the device shuts the lowside MOSFET

off and turns the highside MOSFET on, if the supply voltage is exceeding the over voltage protection level VOV(OFF).
The IC operates in normal mode again with a hysteresis VOV(HY) if the supply voltage decreases below the switch-
on voltage VOV(ON). In H-bridge configuration, this behavior of the BTN7971B will lead to freewheeling in highside

during over voltage.

5.3.2 Undervoltage Shut Down

To avoid uncontrolled motion of the driven motor at low voltages the device shuts off (output is tri-state), if the

supply voltage drops below the switch-off voltage VUV(OFF). The IC becomes active again with a hysteresis VUV(HY)
if the supply voltage rises above the switch-on voltage VUV(ON).

Note: Note: With decreasing Vs < VUV(OFF)max, activation of the Current Limitation mode may occur before Undervoltage Shut

       Down with ambient temperatures less than 25C. See Table "Switch-OFF Voltage" on Page 18.

5.3.3 Overtemperature Protection

The BTN7971B is protected against overtemperature by an integrated temperature sensor. Overtemperature
leads to a shut down of both output stages. This state is latched until the device is reset by a low signal with a

minimum length of treset at the INH pin, provided that its temperature has decreased at least the thermal hysteresis
T in the meantime.

Repetitive use of the overtemperature protection impacts lifetime.

5.3.4 Current Limitation

The current in the bridge is measured in both switches. As soon as the current in forward direction in one switch

(high side or low side) is reaching the limit ICLx, this switch is deactivated and the other switch is activated for tCLS.

During that time all changes at the IN pin are ignored. However, the INH pin can still be used to switch both

MOSFETs off. After tCLS the switches return to their initial setting. The error signal at the IS pin is reset after 2 * tCLS.

Unintentional triggering of the current limitation by short current spikes (e.g. inflicted by EMI coming from the
motor) is suppressed by internal filter circuitry. Due to thresholds and reaction delay times of the filter circuitry the

effective current limitation level ICLx depends on the slew rate of the load current dI/dt as shown in Figure 10.

Data Sheet                        15  Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                       High Current PN Half Bridge
                                                                                                                BTN7971B

                                                                                  Block Description and Characteristics

   IL                                          tCLS

ICLx
IC Lx 0

                                                                                                                 t

Figure 9 Timing Diagram Current Limitation (Inductive Load)

High Side Switch                                         Low Side Switch

      90                                                       90

85          ICLH0

                   Tj = -40C
I C L H [A]
80                 Tj = 25C                                               80
                                                              I C L L [A]
                                   Tj = 150C                                        ICLL0  Tj = -40C
75                                                                                          T = 25C
                                                                           70
70                                                                                             j
                                                                           60
                                                                                            T = 150C
                                                                                               j

65

60

55

50          50 0   10 0 0  1500 2000                                       50     50 0      10 0 0  1500 2000
    0                                                                          0

                           dIL/dt [A/ms]                                                            dIL/dt [A/ms]

Figure 10 Typical Current Limitation Level vs. Current Slew Rate dI/dt

Data Sheet                                           16                                             Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                       High Current PN Half Bridge
                                                                                                                BTN7971B

                                                                                  Block Description and Characteristics

High Side SwitchICL H [ A]                                              Low Side Switch
                                                              ICL L [ A]
      90          Tj = -40C                                                  90
       85         Tj = 25C                                                    85        T = -40C
      80          Tj = 150C                                                  80            j
       75                                                                      75
       70                                                                      70        Tj = 25C
       65                                                                      65        Tj = 150C

60          8 10 12 14 16 18 20                                           60      8 10 12 14 16 18 20
     6                                                                         6
                                          VS [V]                                                                VS [V]

Figure 11 Typical Current Limitation Detection Levels vs. Supply Voltage

In combination with a typical inductive load, such as a motor, this results in a switched mode current limitation.
This method of limiting the current has the advantage of greatly reduced power dissipation in the BTN7971B
compared to driving the MOSFET in linear mode. Therefore it is possible to use the current limitation for a short
time without exceeding the maximum allowed junction temperature (e.g. for limiting the inrush current during motor
start up). However, the regular use of the current limitation is allowed as long as the specified maximum junction
temperature is not exceeded. Exceeding this temperature can reduce the lifetime of the device.

5.3.5 Short Circuit Protection

The device is short circuit protected against
output short circuit to ground
output short circuit to supply voltage
short circuit of load
The short circuit protection is realized by the previously described current limitation in combination with the over-
temperature shut down of the device.

Data Sheet                                        17                                     Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                High Current PN Half Bridge
                                                                                         BTN7971B

                                                           Block Description and Characteristics

5.3.6 Electrical Characteristics - Protection Functions

VS = 8 V to 18 V, Tj = -40 C to +150 C, all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                     Symbol              Limit Values  Unit Conditions

                                                Min. Typ. Max.

Under Voltage Shut Down

5.3.1  Switch-ON Voltage           VUV(ON)               5.5 V         VS increasing
5.3.2  Switch-OFF Voltage1)                                4.5 V
                                   VUV(OFF) 3.0                         VS decreasing,

                                                                         IN = 1, INH = 1

                                                3.0       5.5 V         VS decreasing,

                                                                         IN = 0, INH = 1

5.3.3 ON/OFF hysteresis            VUV(HY)            0.2          V   
Over Voltage Lock Out

5.3.4 Switch-ON Voltage            VOV(ON) 27.8                    V   VS decreasing
5.3.5 Switch-OFF Voltage                                                 VS increasing
5.3.6 ON/OFF hysteresis            VOV(OFF) 28            30        V
Current Limitation                                                      
                                   VOV(HY)            0.2          V

5.3.7 Current Limitation Detection level ICLH0 55      77  98        A   VS = 13.5 V

       High Side

5.3.8 Current Limitation Detection level ICLL0 50      70  90        A   VS = 13.5 V

       Low Side

Current Limitation Timing

5.3.9 Shut OFF Time for HS and LS tCLS          70     115 210 s        VS = 13.5 V

Thermal Shut Down

5.3.10 Thermal Shut Down Junction TjSD          155 175 200 C           

       Temperature

5.3.11 Thermal Switch ON Junction  TjSO         150       190 C        

       Temperature

5.3.12 Thermal Hysteresis          T                  7            K   

5.3.13 Reset Pulse at INH Pin (INH low) treset  4                  s  

1) With decreasing Vs < VUV(OFF)max, activation of the Current Limitation mode may occur before Undervoltage Shut Down

    with ambient temperatures less than 25C.

Data Sheet                                         18                       Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                    High Current PN Half Bridge
                                                                             BTN7971B

                                               Block Description and Characteristics

5.4         Control and Diagnostics

5.4.1 Input Circuit

The control inputs IN and INH consist of TTL/CMOS compatible schmitt triggers with hysteresis which control the
integrated gate drivers for the MOSFETs. Setting the INH pin to high enables the device. In this condition one of
the two power switches is switched on depending on the status of the IN pin. To deactivate both switches, the INH
pin has to be set to low. No external driver is needed. The BTN7971B can be interfaced directly to a
microcontroller, as long as the maximum ratings in Chapter 4.1 are not exceeded.

5.4.2 Dead Time Generation

In bridge applications it has to be assured that the highside and lowside MOSFET are not conducting at the same
time, connecting directly the battery voltage to GND. This is assured by a circuit in the driver IC, generating a so
called dead time between switching off one MOSFET and switching on the other. The dead time generated in the
driver IC is automatically adjusted to the selected slew rate.

5.4.3 Adjustable Slew Rate

In order to optimize electromagnetic emission, the switching speed of the MOSFETs is adjustable by an external
resistor. The slew rate pin SR allows the user to optimize the balance between emission and power dissipation

within his own application by connecting an external resistor RSR to GND.

5.4.4 Status Flag Diagnosis With Current Sense Capability

The status pin IS is used as a combined current sense and error flag output. In normal operation (current sense
mode), a current source is connected to the status pin, which delivers a current proportional to the forward load
current flowing through the active high side switch. If the high side switch is inactive or the current is flowing in the

reverse direction no current will be driven except for a marginal leakage current IIS(LK). The external resistor RIS

determines the voltage per output current. E.g. with the nominal value of 19.5k for the current sense ratio

kILIS = IL / IIS, a resistor value of RIS = 1 k leads to VIS = (IL / 19.5 A)V. In case of a fault condition the status output
is connected to a current source which is independent of the load current and provides IIS(lim). The maximum

voltage at the IS pin is determined by the choice of the external resistor and the supply voltage. In case of current

limitation the IIS(lim) is activated for 2 * tCLS.

             Normal operation:                 Fault condition:
            current sense mode                 error flag mode

                            VS                              VS

     IIS~ ILoad  ESD-ZD                        IIS~ ILoad  ESD-ZD
      IIS(lim)                                   IIS(lim)
                             IS                                        IS

                 Sense           RIS VIS                   Sense           R IS VIS
                 output                                    output
                 logic                                     logic

Figure 12 Sense Current and Fault Current

Data Sheet                                 19                      Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                    High Current PN Half Bridge
                                                                                             BTN7971B

                                                               Block Description and Characteristics

              IIS [mA]
                IIS(lim)

                                     lower kilis value  value
                                          higher kilis

                                          Current Sense Mode         Error Flag Mode
                                                (High Side)

                                                               ICLx                                    IL [A]

Figure 13 Sense Current vs. Load Current

5.4.5 Truth Table

Device State              Inputs          Outputs              Mode

                          INH IN HSS LSS IS

Normal Operation          0       X       OFF OFF 0            Stand-by mode

                          1       0       OFF ON 0             LSS active

                          1       1       ON OFF CS HSS active

Over-Voltage (OV)         X       X       ON OFF 1             Shut-down of LSS,

                                                               HSS activated,

                                                               error detected

Under-Voltage (UV)        X       X       OFF OFF 0            UV lockout

Overtemperature or Short  0       X       OFF OFF 0            Stand-by mode, reset of latch
Circuit of HSS or LSS
                          1       X       OFF OFF 1            Shut-down with latch, error detected

Current Limitation Mode   1       1       OFF ON 1             Switched mode, error detected1)

                          1       0       ON OFF 1             Switched mode, error detected1)

1) Will return to normal operation after tCLS; Error signal is reset after 2*tCLS (see Chapter 5.3.4)

Inputs                       Switches                                Status Flag IS
0 = Logic LOW                OFF = switched off                      CS = Current sense mode
1 = Logic HIGH               ON = switched on                        1 = Logic HIGH (error)
X = 0 or 1

Data Sheet                                20                                                           Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                High Current PN Half Bridge
                                                                                         BTN7971B

                                                           Block Description and Characteristics

5.4.6 Electrical Characteristics - Control and Diagnostics

VS = 8 V to 18 V, Tj = -40 C to +150 C, all voltages with respect to ground, positive current flowing into pin

(unless otherwise specified)

Pos. Parameter                  Symbol                Limit Values  Unit Conditions

                                               Min. Typ. Max.

Control Inputs (IN and INH)

5.4.1  High level Voltage       VINH(H)              1.75 2.15 V               
       INH, IN
                                VIN(H)               1.6 2

5.4.2  Low level Voltage        VINH(L)        1.1    1.4          V            
       INH, IN
                                VIN(L)

5.4.3 Input Voltage hysteresis  VINHHY               350          mV           
                                                      200
                                VINHY         

5.4.4 Input Current high level  IINH(H)              30   150 A                VIN = VINH = 5.3 V
5.4.5 Input Current low level                                                    VIN = VINH = 0.4 V
Current Sense                   IIN(H)

                                IINH(L)              25   125 A

                                IIN(L)

5.4.6 Current Sense ratio in static on- kILIS                               103  RIS = 1 k
                                                      19.5 25                    IL = 40 A
       condition                               14     19.5 26                    IL = 20 A
                                                      19.5 29                    IL = 10 A
       kILIS = IL / IIS                        13
                                                                                 VS = 13.5 V
                                               11                                RIS = 1k

5.4.7 Maximum analog Sense Current, IIS(lim) 4        5    6.5 mA

            Sense Current in fault Condition

5.4.8 Isense Leakage current    IISL                     1        A           VIN = 0 V or

                                                                                 VINH = 0 V

5.4.9  Isense Leakage current,  IISH                 1    100 A                VIN = VINH = 5 V
       active high side switch
                                                                                 IL = 0 A

Data Sheet                                        21                                Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                                                     High Current PN Half Bridge
                                                                                                                              BTN7971B

                                                                                                                   Application Information

6            Application Information

Note: The following information is given as a hint for the implementation of the device only and shall not be
       regarded as a description or warranty of a certain functionality, condition or quality of the device.

6.1          Application Example

             Microcontroller                                                   Voltage Regulator            Reverse Polarity
                                                                                                                Protection

      XC866                          I/O                                       WO TLE I                CS   D                              VS
                                                                               RO 4278G              470F      Z1
     I/O I/O I/O                  Reset                                                                                        IPB
                                    V dd                                       Q                            10V           100P03P3L
                                                                               D GND                           R1
                                                C                                                                              -04
                                                                   Q   C                                    1k
                                                                            D
                                              22F
                                                                      47nF
                            I/O Vss

             R R IN1  INH1  BTN7971B                                                                 BTN7971B             RINH2  RIN2
             10k 10k                                                                                                      10k    10k

                                                  VS                           CSc1      CS c2  VS
                            INH                                                470nF  470nF                          INH

                            IN                                                 M                                    IN

                            IS        OUT                                                       OUT                 IS

     RIS 12    RSR1         SR                                                                                        SR  RSR2
     470     0..51k                            GND                                              GND                       0..51k

                                               High Current H-Bridge

Figure 14 Application Example: H-Bridge with two BTN7971B
Note: This is a simplified example of an application circuit. The function must be verified in the real application.

6.2          Layout Considerations

Due to the fast switching times for high currents, special care has to be taken to the PCB layout. Stray inductances
have to be minimized in the power bridge design as it is necessary in all switched high power bridges. The
BTN7971B has no separate pin for power ground and logic ground. Therefore it is recommended to assure that
the offset between the ground connection of the slew rate resistor, the current sense resistor and ground pin of
the device (GND / pin 1) is minimized. If the BTN7971B is used in a H-bridge or B6 bridge design, the voltage
offset between the GND pins of the different devices should be small as well.

A ceramic capacitor from VS to GND close to each device is recommended to provide current for the switching
phase via a low inductance path and therefore reducing noise and ground bounce. A reasonable value for this
capacitor would be about 470 nF.

The digital inputs need to be protected from excess currents (e.g. caused by induced voltage spikes) by series
resistors in the range of 10 k.

Data Sheet                                                                     22                                         Rev. 2.0, 2008-06-27
                                                                           High Current PN Half Bridge
                                                                                                    BTN7971B

                                                                                         Application Information

6.3         Half-bridge Configuration Considerations

Please note that, if the BTN7971B is used in a half-bridge configuration with the load connected between OUT

and GND and the supply voltage is exceeding the Overvoltage Switch-OFF level VOV(OFF), the implemented

"Overvoltage Lock Out" feature leads to automatically turning on the high side switch, while turning off the low

side switch, and therefore connecting the load to VS; independently of the current IN- and INH-pin signals (see

also "Truth Table" on Page 20). This will lead to current flowing through the load, if not otherwise configured.

It shall be insured that the power dissipated in the NovalithICTM does not exceed the maximum ratings. For further
explanations see the application note "BTN79x0 Over Voltage (OV) Operation".

            Microcontroller                         Voltage Regulator      Reverse Polarity
                                                                               Protection

             XC866              I/O                 WO TLE I
                                                    RO 4278G
            I/O I/O         Reset                                                     D                                 VS
                              Vdd                   Q                                              Z1
                                                    D GND                                                   IPB
                                     CQ                                               10V              100P03P3L-
                                                                             C
                                     22F   C                                                                04
                                                 D                                 S
                     I/O Vss
                                           47nF                            470F
                                                                                        R1

                                                                                      1k

               RIN   R                  BTN7971B
            10k     10kINH
                                                                VS
                                         INH                        C
                                                                       Sc
                                          IN
                                                              OUT   470nF

                                         IS                           M

      RIS                 RS R            SR
     1k              0..51k                                  GND

                                             High Current Half-Bridge

Figure 15 Application Example: Half-Bridge with a BTN7971B (Load to GND)
Note: This is a simplified example of an application circuit. The function must be verified in the real application.

Data Sheet                                          23                                                 Rev. 2.0, 2008-06-27
7           Package Outlines                                                       High Current PN Half Bridge
                                                                                                             BTN7971B
                      10 0.2
            0...0.3                                                                                          Package Outlines

                                     A                                              4.4
                       8.5 1)                                           1.27 0.1
            (15)
                 9.25 0.2 10.3                                            B
                                                                         0.05
                                     7.551)
                                                            4.70.5          2.4
                                                                             0.1
                                                                 2.70.3

            7 x 0.6 0.1      0...0.15                                              0.5 0.1
                   6 x 1.27         0.25 M A B

                                                                        8 MAX.               0.1 B

            1) Typical                                                              GPT09114

               Metal surface min. X = 7.25, Y = 6.9
               All metal surfaces tin plated, except area of cut.

            Footprint
                                                                                     10.8

                                                                               9.4

                                                                        16.15

                                                                               4.6

                                                                                                        0.47
                                                                                                        0.8
                                                                                                       8.42

Figure 16 PG-TO263-7-1 (Plastic Green Transistor Single Outline Package)

Green Product (RoHS compliant)
To meet the world-wide customer requirements for environmentally friendly products and to be compliant with
government regulations the device is available as a green product. Green products are RoHS-Compliant (i.e
Pb-free finish on leads and suitable for Pb-free soldering according to IPC/JEDEC J-STD-020).

For further information on alternative packages, please visit our website:                              Dimensions in mm
http://www.infineon.com/packages.                                                                    Rev. 2.0, 2008-06-27

Data Sheet                              24
                                               High Current PN Half Bridge
                                                                        BTN7971B

                                                                       Revision History

8           Revision History

Revision    Date  Changes
2.0
            2008-06-27 Initial Data Sheet

Data Sheet                                 25  Rev. 2.0, 2008-06-27
Edition 2008-06-27

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BTN7971B器件购买:

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