PR OF ET™+ 12V
BTS5020-1EKA
Smart High-Side Power Switch
Single Channel, 20mΩ
Data Sheet
Rev. 2.2, 2013-11-12
Automotive Power
BTS5020-1EKA
Table of Contents
Table of Contents
1
2
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
5
5.1
5.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.4
5.5
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.5.1
6.5.2
6.6
7
7.1
7.2
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.3.1
7.3.3.2
7.3.3.3
7.3.4
7.3.5
7.3.6
7.4
8
8.1
8.2
Overview
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Block Diagram
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Pin Configuration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pin Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pin Definitions and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Voltage and Current Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
7
7
8
General Product Characteristics
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Functional Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Thermal Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
PCB set up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Thermal Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Power Stage
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Output ON-state Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Turn ON/OFF Characteristics with Resistive Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inductive Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Output Clamping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Maximum Load Inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inverse Current Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Electrical Characteristics Power Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Protection Functions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Loss of Ground Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Undervoltage Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Overvoltage Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reverse Polarity Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Overload Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Current Limitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperature Limitation in the Power DMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Electrical Characteristics for the Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diagnostic Functions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IS Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal in Different Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal in the Nominal Current Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal Variation as a Function of Temperature and Load Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal in Open Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Open Load in ON Diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Open Load in OFF Diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Open Load Diagnostic Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal with OUT in Short Circuit to
V
S
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal in Case of Overload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
SENSE Signal in Case of Inverse Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Electrical Characteristics Diagnostic Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
15
15
16
16
17
17
19
21
21
21
22
23
23
23
24
26
27
27
28
29
29
30
31
31
31
32
33
34
34
35
Input Pins
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Input Circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
DEN Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2
Rev. 2.2, 2013-11-12
Data Sheet
PROFET™+ 12V
BTS5020-1EKA
Table of Contents
8.3
8.4
9
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.4
9.2
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.2.4
9.2.5
9.2.6
9.2.7
9.2.8
9.2.9
9.3
9.3.1
9.3.2
9.4
9.4.1
9.4.2
9.4.3
9.4.4
9.5
9.5.1
9.5.2
9.5.3
9.5.4
10
10.1
11
12
Input Pin Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Characterization Results
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
General Product Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Minimum Functional Supply Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Undervoltage Shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Current Consumption Channel active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Standby Current for Whole Device with Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Power Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Output Voltage Drop Limitation at Low Load Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Drain to Source Clamp Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Slew Rate at Turn ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Slew Rate at Turn OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Turn ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Turn OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Turn ON / OFF matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Switch ON Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Switch OFF Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Overload Condition in the Low Voltage Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Overload Condition in the High Voltage Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diagnostic Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Current Sense at no Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Open Load Detection Threshold in ON State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sense Signal Maximum Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sense Signal maximum Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Input Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Input Voltage Threshold ON to OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Input Voltage Threshold OFF to ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Input Voltage Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Input Current High Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
40
40
40
40
41
41
42
42
42
43
43
43
44
44
45
45
46
46
46
47
47
47
48
48
49
49
49
50
50
Application Information
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Further Application Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Package Outlines
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Revision History
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Data Sheet
PROFET™+ 12V
3
Rev. 2.2, 2013-11-12
Smart High-Side Power Switch
BTS5020-1EKA
1
Overview
Application
•
•
•
Suitable for resistive, inductive and capacitive loads
Replaces electromechanical relays, fuses and discrete circuits
Most suitable for loads with high inrush current, such as lamps
Basic Features
•
•
•
•
•
•
•
•
•
One channel device
Very low stand-by current
3.3 V and 5 V compatible logic inputs
Electrostatic discharge protection (ESD)
Optimized electromagnetic compatibility
Logic ground independent from load ground
Very low power DMOS leakage current in OFF state
Green product (RoHS compliant)
AEC qualified
PG-DSO-14-47-EP
Description
The BTS5020-1EKA is a 20 mΩ single channel Smart High-Side Power Switch, embedded in a PG-DSO-14-47-
EP, Exposed Pad package, providing protective functions and diagnosis. The power transistor is built by an
N-channel vertical power MOSFET with charge pump. The device is integrated in Smart6 technology. It is specially
designed to drive lamps up to 2 * P27W/P21W + R5W, as well as LEDs in the harsh automotive environment.
Table 1
Parameter
Operating voltage range
Maximum supply voltage
Maximum ON state resistance at
T
J
= 150
°C
Nominal load current
Typical current sense ratio
Minimum current limitation
Maximum standby current with load at
T
J
= 25 C
Product Summary
Symbol
Value
5 V ... 28 V
41 V
44 mΩ
6.5 A
3000
50 A
500 nA
V
S(OP)
V
S(LD)
R
DS(ON)
I
L(NOM)
k
ILIS
I
L5(SC)
I
S(OFF)
Type
BTS5020-1EKA
Data Sheet
PROFET™+ 12V
Package
PG-DSO-14-47-EP
4
Marking
BTS5020-1EKA
Rev. 2.2, 2013-11-12
BTS5020-1EKA
Overview
Diagnostic Functions
•
•
•
•
•
•
Proportional load current sense
Open load in ON and OFF
Short circuit to battery and ground
Overtemperature
Stable diagnostic signal during short circuit
Enhanced
k
ILIS
dependency with temperature and load current
Protection Functions
•
•
•
•
•
•
•
Stable behavior during undervoltage
Reverse polarity protection with external components
Secure load turn-off during logic ground disconnect with external components
Overtemperature protection with restart
Overvoltage protection with external components
Voltage dependent current limitation
Enhanced short circuit operation
Data Sheet
PROFET™+ 12V
5
Rev. 2.2, 2013-11-12
京公网安备 11010802033920号
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