VN820-E
High-side driver
Features
10
Type
VN820-E
VN820SP-E
VN820B5-E
VN820SO-E
VN820PT-E
R
DS(on)
I
OUT
V
CC
1
PowerSO-10
P
2
PAK
PPAK
40 mΩ
9A
36 V
PENTAWATT
■
■
■
■
■
■
■
■
SO-16L
CMOS compatible input
On-state open load detection
Off-state open load detection
Shorted load protection
Under-voltage and over-voltage shutdown
Protection against loss of ground
Very low standby current
Reverse battery protection (see
Application
schematic
)
Description
The VN820-E is a monolithic device designed in
STMicroelectronic's VIPower M0-3 technology.
The VN820-E is intended for driving any type of
load with one side connected to ground. The
active V
CC
pin voltage clamp protects the device
against low energy spikes (see ISO7637 transient
compatibility table).
Active current limitation combined with thermal
shutdown and automatic restart protects the
device against over-load. The device detects the
open load condition in both the on and off-state. In
the off-state the device detects if the output is
shorted to V
CC
. The device automatically turns off
in the case where the ground pin becomes
disconnected.
Table 1.
Device summary
Order codes
Package
Tube
PENTAWATT
PowerSO-10
P
2
PAK
PPAK
SO-16L
VN820-E
VN820SP-E
VN820B5-E
VN820PT-E
VN820SO-E
Tape and reel
-
VN820SP13TR-E
VN820B513TR-E
VN820PT13TR-E
VN820SO13TR-E
December 2008
Rev 5
1/48
www.st.com
48
Contents
VN820-E
Contents
1
2
Block diagram and pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Electrical specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1
2.2
2.3
2.4
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Electrical characteristics curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3
Application information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1
GND protection network against reverse battery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.1
3.1.2
Solution 1: resistor in the ground line (RGND only) . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Solution 2: diode (DGND) in the ground line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Load dump protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
MCU I/Os protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Open load detection in off-state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
PowerSO-10, P
2
PAK, PENTAWATT maximum demagnetization energy
(VCC = 13.5V) 21
PPAK maximum demagnetization energy (VCC = 13.5V) . . . . . . . . . . . . 22
SO-16L maximum demagnetization energy (VCC = 13.5V) . . . . . . . . . . . 23
4
Package and PCB thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.1
4.2
4.3
4.4
SO-16L thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
P
2
PAK thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
PPAK thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
PowerSO-10 thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5
Package and packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
ECOPACK
®
packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
PENTAWATT mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
P
2
PAK mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
PPAK mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
PowerSO-10 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
SO-16L packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2/48
VN820-E
Contents
5.7
5.8
5.9
5.10
PENTAWATT packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
P
2
PAK packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
PPAK packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
PowerSO-10 packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3/48
List of tables
VN820-E
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Table 11.
Table 12.
Table 13.
Table 14.
Table 15.
Table 16.
Table 17.
Table 18.
Table 19.
Table 20.
Table 21.
Table 22.
Table 23.
Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Suggested connections for unused and not connected pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Switching (V
CC
=13V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Input pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
V
CC
output diode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Status pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Open load detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Truth table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Electrical transient requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
SO-16L thermal parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
P
2
PAK thermal parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
PPAK thermal parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
PowerSO-10 thermal parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
SO-16L mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
PENTAWATT mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
P
2
PAK mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
PPAK mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
PowerSO-10 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4/48
VN820-E
List of figures
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
Figure 27.
Figure 28.
Figure 29.
Figure 30.
Figure 31.
Figure 32.
Figure 33.
Figure 34.
Figure 35.
Figure 36.
Figure 37.
Figure 38.
Figure 39.
Figure 40.
Figure 41.
Figure 42.
Figure 43.
Figure 44.
Figure 45.
Figure 46.
Figure 47.
Figure 48.
Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Configuration diagram (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Current and voltage conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Status timings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Switching time waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Off-state output current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
High-level input current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Input clamp voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Status leakage current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Status low output voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Status clamp voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
On-state resistance Vs T
case
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
On-state resistance Vs V
CC
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Open load on-state detection threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Input high-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Input low-level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Input hysteresis voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Over-voltage shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Open load off-state voltage detection threshold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Turn-on voltage slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Turn-off voltage slope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
I
lim
Vs T
case
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Application schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Open load detection in off-state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
PowerSO-10, P
2
PAK, PENTAWATT maximum turn-off current versus inductance . . . . . 21
PPAK maximum turn-off current versus inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
SO-16L maximum turn-off current versus inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
SO-16L PC board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
SO-16L Rthj-amb Vs PCB copper area in open box free air conditions . . . . . . . . . . . . . . 24
SO-16L thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Thermal fitting model of a single channel HSD in SO-16L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
P
2
PAK PC board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
P
2
PAK Rthj-amb Vs. PCB copper area in open box free air conditions . . . . . . . . . . . . . . 27
P
2
PAK thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Thermal fitting model of a single channel HSD in P
2
PAK. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
PPAK PC board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
PPAK Rthj-amb Vs. PCB copper area in open box free air conditions . . . . . . . . . . . . . . . 29
PPAK thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Thermal fitting model of a single channel HSD in PPAK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
PowerSO-10 PC board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
PowerSO-10 Rthj-amb Vs PCB copper area in open box free air conditions . . . . . . . . . . 32
PowerSO-10 thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Thermal fitting model of a single channel HSD in PowerSO-10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
SO-16L package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
PENTAWATT package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
P
2
PAK package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
PPAK package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5/48
