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BTS5210G

器件型号:BTS5210G
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厂商名称:INFINEON [Infineon Technologies AG]
厂商官网:http://www.infineon.com/
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BTS5210G器件文档内容

                                                                                   BTS 5210G

Smart High-Side Power Switch                                        Package
Two Channels: 2 x 140m
Status Feedback

Product Summary

Operating Voltage     Vbb                       5.5...40V           P-DSO-14

On-state Resistance   Active channels one       two parallel
Nominal load current
Current limitation    RON           140m        70m
                      IL(NOM)       2.4A        3.9A

                      IL(SCr)       6.5A        6.5A

General Description

N channel vertical power MOSFET with charge pump, ground referenced CMOS compatible input and
     diagnostic feedback, monolithically integrated in Smart SIPMOS technology.

Providing embedded protective functions

Applications

C compatible high-side power switch with diagnostic feedback for 12V and 24V grounded loads
All types of resistive, inductive and capacitve loads
Most suitable for loads with high inrush currents, so as lamps
Replaces electromechanical relays, fuses and discrete circuits

Basic Functions

Very low standby current
CMOS compatible input
Improved electromagnetic compatibility (EMC)
Fast demagnetization of inductive loads
Stable behaviour at undervoltage
Wide operating voltage range
Logic ground independent from load ground

Protection Functions                                          Block Diagram

Short circuit protection                                                    Vbb
Overload protection
Current limitation                                           IN1     Logic           Load 1
Thermal shutdown                                            ST1   Channel 1      Load 2
Overvoltage protection (including load dump) with external   IN2  Channel 2
                                                              ST2
     resistor

Reverse battery protection with external resistor
Loss of ground and loss of Vbb protection
Electrostatic discharge protection (ESD)

Diagnostic Function                                                 GND

Diagnostic feedback with open drain output

Open load detection in OFF-state

Feedback of thermal shutdown in ON-state

Infineon Technologies AG                        1                                  2003-Oct-01
Functional diagram                                                     BTS 5210G

GND        internal       logic   gate                  current limit            VBB
       voltage supply            control                                    OUT1
  IN1                                                    clamp for
ST1                                +                  inductive load         OUT2
                                 charge
                                 pump

       ESD                             temperature      reverse
                                           sensor        battery
                                                       protection
                                 Open load
                                 detection

                                            channel 1

IN2

                          control and protection circuit

ST2                              equivalent to

                                 channel 1

Infineon Technologies AG                    2                          2003-Oct-01
                                                                          BTS 5210G

Pin Definitions and Functions

Pin Symbol Function                                            Pin configuration

            Positive power supply voltage. Design the          (top view)

1,7,  Vbb   wiring for the simultaneous max. short circuit
8,14        currents from channel 1 to 2 and also for low

            thermal resistance

2     GND   Logic Ground                                              1

3     IN1   Input 1,2 activates channel 1,2 in case              Vbb  2   14 Vbb
                                                               GND    3   13 OUT1
5     IN2   of logic high signal                                      4   12 OUT1
                                                                 IN1  5   11 NC
4     ST1   Diagnostic feedback 1,2 of channel 1,2              ST1   6   10 OUT2
                                                                 IN2  7
6     ST2   open drain                                          ST2        9 OUT2
                                                                 Vbb       8 Vbb
12,13 OUT1  Output 1,2 protected high-side power output of
9,10 OUT2     channel 1,2. Design the wiring for the max.
              short circuit current; both output pins have to
              be connected in parallel for operation
              according this spec.

11    NC    Not Connected

Infineon Technologies AG          3                                       2003-Oct-01
Maximum Ratings at Tj = 25C unless otherwise specified                          BTS 5210G

Parameter                                                     Symbol        Values Unit
                                                                                       43 V
Supply voltage (overvoltage protection see page 6)            Vbb                      36 V
                                                              Vbb
Supply voltage for full short circuit protection              IL            self-limited A
Tj,start = -40 ...+150C                                      VLoad dump3)             60 V

Load current (Short-circuit current, see page 6)              Tj            -40 ...+150 C
                                                              Tstg          -55 ...+150
Load dump protection1) VLoadDump = VA + Vs, VA = 13.5 V       Ptot
RI2) = 2 , td = 400 ms; IN = low or high,                                          3,05 W
each channel loaded with RL = 13.5 ,                         ZL                    1,59
                                                              VESD
Operating temperature range                                                         11,2 mH
                                                              VIN                     5,6
Storage temperature range                                     IIN                     1.0 kV
                                                              IINp                    4.0
Power dissipation (DC)4)                          Ta = 25C:  IST                     8.0
(all channels active)                            Ta = 85C:
                                                                            -10 ... +16 V
Maximal switchable inductance, single pulse                                         0.3 mA
                                                                                    5.0
Vbb = 12V, Tj,start = 150C4), see diagrams on page 10                              5.0

IL = 2.9 A, EAS = 65 mJ, 0                one channel:

IL = 5.7 A, EAS = 125 mJ, 0  two parallel channels:

Electrostatic discharge capability (ESD)                IN:

(Human Body Model)                                ST:

                    out to all other pins shorted:

acc. MIL-STD883D, method 3015.7 and ESD assn. std. S5.1-1993

R=1.5k; C=100pF

Input voltage (DC) see internal circuit diagram page 9

Current through input pin (DC)
Pulsed current through input pin5)

Current through status pin (DC)

1) Supply voltages higher than Vbb(AZ) require an external current limit for the GND and status pins (a 150

     resistor for the GND connection is recommended.

2) RI = internal resistance of the load dump test pulse generator
3) VLoad dump is setup without the DUT connected to the generator per ISO 7637-1 and DIN 40839
4) Device on 50mm*50mm*1.5mm epoxy PCB FR4 with 6cm2 (one layer, 70m thick) copper area for Vbb

     connection. PCB is vertical without blown air. See page 14
5) only for testing

Infineon Technologies AG                          4                         2003-Oct-01
                                                                              BTS 5210G

Thermal Characteristics                                      Symbol       Values      Unit

Parameter and Conditions

                                                                     min typ max

Thermal resistance                      each channel:        Rthjs   --   -- 15 K/W
junction - soldering point6)7)                              Rthja
                                 one channel active:                 --   --      --
junction ambient6)            all channels active:
@ 6 cm2 cooling area                                                 -- 45        --

                                                                     -- 40        --

Electrical Characteristics                                   Symbol       Values      Unit

Parameter and Conditions, each of the four channels                  min typ max

at Tj = -40...+150C, Vbb = 12 V unless otherwise specified

Load Switching Capabilities and Characteristics

On-state resistance (Vbb to OUT); IL = 2 A                           -- 110 140 m
                              each channel, Tj = 25C: RON           -- 210 280
                                                    Tj = 150C:      -- 55 70

                      two parallel channels, Tj = 25C:

see diagram, page 11

Nominal load current             one channel active: IL(NOM)         1.8 2.4      -- A
                                                                     3.4 3.9
                      two parallel channels active:

Device on PCB6), Ta = 85C, Tj  150C

Output current while GND disconnected or pulled up8); IL(GNDhigh)    --   --      2 mA

  Vbb = 32 V, VIN = 0,

see diagram page 9

Turn-on time9)                   IN    to 90% VOUT: ton              -- 100 250 s
                                                                     -- 100 270
Turn-off time                    IN    to 10% VOUT: toff

RL = 12              10 to 30% VOUT, RL = 12 : dV/dton              0.2  -- 1.0 V/s
Slew rate on 9)       70 to 40% VOUT, RL = 12 : -dV/dtoff
Slew rate off 9)                                                     0.2  -- 1.1 V/s

6) Device on 50mm*50mm*1.5mm epoxy PCB FR4 with 6cm2 (one layer, 70m thick) copper area for Vbb
     connection. PCB is vertical without blown air. See page 14

7) Soldering point: upper side of solder edge of device pin 15. See page 14
8) not subject to production test, specified by design
9) See timing diagram on page 12.

Infineon Technologies AG               5                                          2003-Oct-01
                                                                                      BTS 5210G

Parameter and Conditions, each of the four channels Symbol                        Values     Unit

at Tj = -40...+150C, Vbb = 12 V unless otherwise specified                  min typ max

Operating Parameters

Operating voltage                                                 Vbb(on)    5.5  -- 40 V
                                                                  Vbb(u so)
Undervoltage switch off10)          Tj =-40C...25C:             Vbb(AZ)    --   -- 4.5 V
                                                                  Ibb(off)
                                            Tj =125C:                       --   -- 4.511)
                                    Tj =-40C...25C:             IL(off)
Overvoltage protection12)                                                    41 47 52 V
I bb = 40 mA                               Tj =150C:            IGND
                                                                             --   5       8 A
Standby current13)
VIN = 0; see diagram page 11                                                --   -- 12

                                         Tj =125C:                          --   -- 811)

Off-State output current (included in Ibb(off))                              --   1       5 A
VIN = 0; each channel

Operating current 14), VIN = 5V,                                             -- 0.5 0.9 mA
                                              one channel on:                -- 1.0 1.7

                                    all channels on:

Protection Functions15)

Current limit, Vout = 0V, (see timing diagrams, page 12)          IL(lim)    --   --      14 A
                                                      Tj =-40C:                           --
                                                       Tj =25C:  IL(SCr)    --   9        --

                                                   Tj =+150C:    toff(SC)   5    --       -- A
                                                                  VON(CL)                  --
Repetitive short circuit current limit,                           Tjt
                                                                  Tjt                      -- ms
  Tj = Tjt                               each channel                        -- 6.5
                                         two channels                        -- 6.5       52 V
(see timing diagrams, page 12)
                                                                                           -- C
Initial short circuit shutdown time Tj,start =25C:                          --   2        -- K

Vout = 0V           (see timing diagrams on page 12)

Output clamp (inductive load switch off)16)                                  41 47

at VON(CL) = Vbb - VOUT, IL= 40 mA

Thermal overload trip temperature                                            150  --

Thermal hysteresis                                                           -- 10

10) is the voltage, where the device doesnt change its switching condition for 15ms after the supply voltage

     falling below the lower limit of Vbb(on)
11) not subject to production test, specified by design
12) Supply voltages higher than Vbb(AZ) require an external current limit for the GND and status pins (a 150

     resistor for the GND connection is recommended). See also VON(CL) in table of protection functions and
     circuit diagram on page 9.
13) Measured with load; for the whole device; all channels off
14) Add IST, if IST > 0
15) 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.
16) If channels are connected in parallel, output clamp is usually accomplished by the channel with the lowest

     VON(CL)

Infineon Technologies AG                         6                                        2003-Oct-01
                                                                            BTS 5210G

Parameter and Conditions, each of the four channels Symbol              Values  Unit

at Tj = -40...+150C, Vbb = 12 V unless otherwise specified        min typ max

Reverse Battery                                        -Vbb        --   --      32 V
Reverse battery voltage 17)                            -VON                      -- mV
                                                                   -- 600
Drain-source diode voltage (Vout > Vbb)
IL = - 2.0 A, Tj = +150C

Diagnostic Characteristics                             V OUT(OL)1  1.7 2.8 4.0 V
Open load detection voltage

Input and Status Feedback18)

Input resistance                                       RI          2.5 4.0 6.0 k

(see circuit page 9)                                  VIN(T+)
                                                       VIN(T-)
Input turn-on threshold voltage                         VIN(T)     --   -- 2.5 V
                                                       td(STon)
Input turn-off threshold voltage                                   1.0  --      -- V
                                                       td(STon)
Input threshold hysteresis                                         -- 0.2       -- V
                                                       td(SToff)
Status change after positive input slope19)                        -- 10 20 s
                                                       td(SToff)
with open load
                                                       IIN(off)
Status change after positive input slope19)            IIN(on)     30   --      -- s

with overload                                          VST(high)
                                                       VST(low)
Status change after negative input slope                           --   -- 500 s

with open load

Status change after negative input slope19)                        --   -- 20 s

with overtemperature

Off state input current                  VIN = 0.4 V:              5    -- 20 A
On state input current                     VIN = 5 V:
Status output (open drain)                                         10 35 60 A

Zener limit voltage               IST = +1.6 mA:                   5.4  --      -- V
ST low voltage                    IST = +1.6 mA:
                                                                   --   -- 0.6

17) Requires a 150  resistor in GND connection. The reverse load current through the intrinsic drain-source
     diode has to be limited by the connected load. Power dissipation is higher compared to normal operating
     conditions due to the voltage drop across the drain-source diode. The temperature protection is not active
     during reverse current operation! Input and Status currents have to be limited (see max. ratings page 4 and
     circuit page 9).

18) If ground resistors RGND are used, add the voltage drop across these resistors.
19) not subject to production test, specified by design

Infineon Technologies AG                     7                                  2003-Oct-01
                                                                                                      BTS 5210G

Truth Table                        IN  OUT                     ST

( each channel )                   L               L           H
                                                               H
Normal operation                  H               H          L20)
Open load                                                     H
Overtemperature                   L               Z           H
                                                                L
                                   H               H

                                   L               L

                                   H               L

L = "Low" Level    X = don't care      Z = high impedance, potential depends on external circuit
H = "High" Level
                   Status signal valid after the time delay shown in the timing diagrams

Parallel switching of channel 1 and 2 is easily possible by connecting the inputs and outputs in parallel (see truth
table). If switching channel 1 to 2 in parallel, the status outputs ST1 and ST2 have to be configured as a 'Wired
OR' function with a single pull-up resistor.

Terms

                             Ibb                              1,7,8,14 Leadframe                VON1
                   Vbb                                                                   VON2
                                           I IN1                Vbb
                   VIN1 VIN2                          3  IN1                             I L1
                                            I IN2                                 12,13
                                       I ST1                                OUT1
                                       I ST2          5       PROFET        OUT2  9,10   I L2
                                                         IN2      GND
                                                                                              VOUT1
                                                      4                                  V
                                                         ST1
                                                                                           OUT2
                                                      6
                                                         ST2

                                       VST1 VST2                2
                                                                         I

                                                                       GND

                                                         R GND

Leadframe (Vbb) is connected to pin 1,7,8,14
External RGND optional; single resistor RGND = 150  for reverse battery protection up to the max.
operating voltage.

20) L, if potential at the Output exceeds the OpenLoad detection voltage

Infineon Technologies AG                                        8                                     2003-Oct-01
                                                                                                                              BTS 5210G

Input circuit (ESD protection), IN1 or IN2                                            Overvolt. and reverse batt. protection

                                                                                      + 5V                                              + Vbb

IN  RI                                                                                R ST

                                                                                            IN R I                            VZ2

    ESD-ZD I              II                                                                                      Logic

              GND                                                                     R ST ST                                      OUT
                                                                                                             VZ1

The use of ESD zener diodes as voltage clamp at DC                                                                   R GND    GND R Load
conditions is not recommended.                                                                                    Signal GND      Load GND

Status output, ST1 or ST2                                                             VZ1 = 6.1 V typ., VZ2 = 47 V typ., RGND = 150 ,
                                                                                      RST= 15 k, RI= 3.5 k typ.
                                                                       +5V            In case of reverse battery the load current has to be
                                                                                      limited by the load. Temperature protection is not
        R ST(ON)              ST                                                      active

        GND                   ESD-                                                    Open-load detection, OUT1 or OUT2
                              ZD
                                                                                      OFF-state diagnostic condition:
ESD-Zener diode: 6.1 V typ., max 0.3 mA; RST(ON) < 375                                Open Load, if VOUT > 3 V typ.; IN low
at 1.6 mA. The use of ESD zener diodes as voltage clamp at
DC conditions is not recommended.                                                                                                                                          Vbb

Inductive and overvoltage output clamp,                                               OFF                                          REXT
                                                                                                                                      VOUT
OUT1 or OUT2
                                                                                      Logic         Open load
                                                                     +Vbb              unit         detection
                                  VZ
                                                                                                                  Signal GND
                                                                     V ON
                                                                          OUT

                                                                                      GND disconnect

                                                                        Power GND                                 Vbb

VON clamped to VON(CL) = 47 V typ.

                                                                                                    IN

                                                                                      Vbb VIN VST            PROFET OUT

                                                                                                    ST
                                                                                                                GND
                                                                                                                        VGND

                                                                                      Any kind of load. In case of IN = high is VOUT  VIN - VIN(T+).
                                                                                      Due to VGND > 0, no VST = low signal available.

Infineon Technologies AG                                                           9                                               2003-Oct-01
                                                                                                         BTS 5210G

GND disconnect with GND pull up                                 Inductive load switch-off energy
                                                                dissipation
           IN       Vbb
                                                                             E bb

                                                                                                                                 E AS

                    PROFET OUT                                                    Vbb                                                     ELoad

           ST                                                                 IN
                      GND
                                                                                  PROFET OUT

                                                                =             ST                              {L                          EL
                                                                                          GND
Vbb        VIN VST  VGND                                                                                      ZL

Any kind of load. If VGND > VIN - VIN(T+) device stays off                                                                                         ER
Due to VGND > 0, no VST = low signal available.                                                                                        RL

Vbb disconnect with energized inductive                         Energy stored in load inductance:
load
                                                                                       EL = 1/2LI2L

                                                                While demagnetizing load inductance, the energy
                                                                dissipated in PROFET is

     high           Vbb                                                  EAS= Ebb + EL - ER= VON(CL)iL(t) dt,

           IN                                                   with an approximate solution for RL > 0 :

                    PROFET OUT                                     EAS= 2ILR LL(Vbb + |VOUT(CL)|)  ln  (1+    ILRL                     )

           ST                                                                                                 |VOUT(CL)|
                      GND

Vbb                                                             Maximum allowable load inductance for
                                                                a single switch off (one channel)4)

                                                                L = f (IL ); Tj,start = 150C, Vbb = 12 V, RL = 0

For inductive load currents up to the limits defined by ZL      ZL [mH]
(max. ratings and diagram on page 10) each switch is
protected against loss of Vbb.                                    1000

Consider at your PCB layout that in the case of Vbb dis-
connection with energized inductive load all the load current
flows through the GND connection.

                                                                   100

                                                                   10

                                                                   1

                                                                        1  2      3                  4                                 5     6

                                                                                                                                          IL [A]

Infineon Technologies AG                                    10                                                2003-Oct-01
Typ. on-state resistance                                  BTS 5210G

RON = f (Vbb,Tj ); IL = 2 A, IN = high                     2003-Oct-01

RON [mOhm]

240                                     Tj = 150C

180

120                                     25C

                                        -40C

60

0                              30                40
     5 7 9 11

                                                 Vbb [V]

Typ. standby current

Ibb(off) = f (Tj ); Vbb = 9...34 V, IN1,2 = low

Ibb(off) [A]

   45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

    -50  0  50            100           150          200

Infineon Technologies AG                         Tj [C]

                                                      11
                                                                                           BTS 5210G

Timing diagrams

All channels are symmetric and consequently the diagrams are valid for channel 1 to
channel 4

Figure 1a: Vbb turn on:                          Figure 2b: Switching a lamp:
      IN1                                              IN
     IN2

V bb                                             ST
                                                 V
V
                                                   OUT
OUT1

V

   OUT2

ST1 open drain                                   I  L

ST2 open drain
                                                                                                                                              t

                                                             t

Figure 2a: Switching a resistive load,           Figure 3a: Turn on into short circuit:
turn-on/off time and slew rate definition:       shut down by overtemperature, restart by cooling

   IN                                            IN1    other channel: normal operation

VOUT                               dV/dtoff      I
                          toff                    L1
90%
                t on                                       I L(lim)

             dV/dton                                                           I L(SCr)
10%
                                                          t off(SC)
IL                                              ST

                                                                                                                                       t

                                            t Heating up of the chip may require several milliseconds, depending

                                                    on external conditions

Infineon Technologies AG                     12                                          2003-Oct-01
Figure 3b: Turn on into short circuit:                                                                               BTS 5210G
shut down by overtemperature, restart by cooling
(two parallel switched channels 1 and 2)                                         Figure 5a: Open load: detection in OFF-state, turn
                                                                                 on/off to open load
    IN1/2                                                                        Open load of channel 1; other channels normal
                                                                                 operation
    IL1 + IL2
           2xIL(lim)                                                                    IN1

                                                                                     VOUT1

                                                   I L1
                          I L(SCr)

             toff(SC)                                                            ST                  500s
  ST1/2
                                                                                         10s
                                                                          t
                                                                                 Figure 6a: Status change after, turn on/off to
  ST1 and ST2 have to be configured as a 'Wired OR' function                     overtemperature
  ST1/2 with a single pull-up resistor.                                          Overtemperature of channel 1; other channels normal
                                                                                 operation
Figure 4a: Overtemperature:
Reset if Tj
      IN

                                                                                 ST

ST                                                                                   30s      20s
V

  OUT

T
J

                                                                 t

Infineon Technologies AG                                                     13                             2003-Oct-01
Package and Ordering Code                                                                    BTS 5210G

Standard: P-DSO-14          BTS 5210G                    Published by
                          Q67060-S7502                   Infineon Technologies AG,
       Sales Code                                        St.-Martin-Strasse 53,
     Ordering Code                                       D-81669 Mnchen
                                                          Infineon Technologies AG 2001
All dimensions in millimetres                            All Rights Reserved.

Definition of soldering point with temperature Ts:       Attention please!
upper side of solder edge of device pin 15.
                                                         The information herein is given to describe certain
                     Pin 15                              components and shall not be considered as a guarantee of
                                                         characteristics.
Printed circuit board (FR4, 1.5mm thick, one layer
70m, 6cm2 active heatsink area) as a reference for      Terms of delivery and rights to technical change reserved.
max. power dissipation Ptot, nominal load current
IL(NOM) and thermal resistance Rthja                     We hereby disclaim any and all warranties, including but not
                                                         limited to warranties of non-infringement, regarding circuits,
                                                         descriptions and charts stated herein.

                                                         Infineon Technologies is an approved CECC manufacturer.

                                                         Information

                                                         For further information on technology, delivery terms and
                                                         conditions and prices please contact your nearest Infineon
                                                         Technologies Office in Germany or our Infineon
                                                         Technologies Representatives worldwide (see address list).

                                                         Warnings

                                                         Due to technical requirements components may contain
                                                         dangerous substances. For information on the types in
                                                         question please contact your nearest Infineon Technologies
                                                         Office.

                                                         Infineon Technologies Components may only be used in life-
                                                         support devices or systems with the express written approval
                                                         of Infineon Technologies, if a failure of such components can
                                                         reasonably be expected to cause the failure of that life-
                                                         support device or system, or to affect the safety or
                                                         effectiveness of that device or system. Life support devices
                                                         or systems are intended to be implanted in the human body,
                                                         or to support and/or maintain and sustain and/or protect
                                                         human life. If they fail, it is reasonable to assume that the
                                                         health of the user or other persons may be endangered.

                               25m

12m                       12m

     6 8m

Infineon Technologies AG                             14  2003-Oct-01
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