ST AN2795 APPLICATION NOTE

AN2795

Application note

VNI4140K load test report

Introduction

The tests described in this application note were carried out to check the VNI4140K parameters and driving capabilities of different types of problematic loads such as bulb and inductor.

The VNI4140K device is a quad high-side smart power state relay intended for driving four independent resistive or inductive loads with built-in current limitation and thermal shutdown.

Figure 1 shows the test configuration. The STEVAL-IFP006V1, based on the VNI4140K, was chosen for the measurements. The parameters of the test were set as follows:

Power supply:

1. 10.5 V; 2. 24 V; 3. 36 V

Generator:

freq. = 1 Hz, duty cycle = 50%

Load:

1. bulb 24 V/15 W; 2. inductor 130 mH/48 Ω; 3. short-circuit.

Figure 1. Test block diagram

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!-

February 2011

Doc ID 14836 Rev 1

1/30

www.st.com

Contents

AN2795

 

 

Contents

1

Bulb load tests

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

 

1.1

Bulb, 10.5

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

 

1.2

Bulb, 10.5

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

 

1.3

Bulb, 24

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

 

1.4

Bulb, 24

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

 

1.5

Bulb, 36

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

 

1.6

Bulb, 36

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2

Inductive load tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

2.1

Inductor, 10.5

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

 

2.2

Inductor, 10.5

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

 

2.3

Inductor, 24

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

 

2.4

Inductor, 24

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

2.5

Inductor, 36

V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

 

2.6

Inductor, 36

V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

3

Short-circuit tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

 

3.1

Short-circuit, 10.5 V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

 

3.2

Short-circuit, 10.5 V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

 

3.3

Short-circuit, 24 V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

 

3.4

Short-circuit, 24 V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

 

3.5

Short-circuit, 36 V, 1 channel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

 

3.6

Short-circuit, 36 V, 4 channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

4

Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5

Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

6

Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

2/30

Doc ID 14836 Rev 1

AN2795

List of tables

 

 

List of tables

Table 1. Test data (bulb, 10.5 V, 1 channel)

(VCC = 10.5 V; load - 1 bulb; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Table 2. Test data (bulb, 10.5 V, 4 channels)

(VCC = 10.5 V; load - 4 bulbs; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 3. Test data (bulb, 24 V, 1 channel)

(VCC = 24 V; load - 1 bulb; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 4. Test data (bulb, 24 V, 4 channels)

(VCC = 24 V; load - 4 bulbs; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 5. Test data (bulb, 36 V, 1 channel)

(VCC = 36 V; load - 1 bulb; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Table 6. Test data (bulb, 36 V, 4 channels)

(VCC = 36 V; load - 4 bulbs; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Table 7. Test data (inductor, 10.5 V, 1 channel)

(VCC = 10.5 V; load - 1 inductor; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Table 8. Test data (inductor, 10.5 V, 4 channels)

(VCC = 10.5 V; load - 4 inductors; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Table 9. Test data (inductor, 24 V, 1 channel)

(VCC = 24 V; load - 1 inductor; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Table 10. Test data (inductor, 24 V, 4 channels)

(VCC = 24 V; load - 4 inductors; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 11. Test data (inductor, 36 V, 1 channel)

(VCC = 36 V; load - 1 inductor; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Table 12. Test data (inductor, 36 V, 4 channels)

(VCC = 36 V; load - 4 inductors; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Table 13. Test data (short-circuit, 10.5 V, 1 channel)

(VCC = 10.5 V; load - 1 short-circuit; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Table 14. Test data (short-circuit, 10.5 V, 4 channels)

(VCC = 10.5V; load - 4 short-circuits; T = 25 °C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Table 15. Test data (short-circuit, 24 V, 1 channel)

(VCC = 24 V; load - 1 short-circuit; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Table 16. Test data (short-circuit, 24 V, 4 channels)

(VCC = 24 V; load - 4 short-circuits; T = 25 °C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Table 17. Test data (short-circuit, 36 V, 1 channel)

(VCC = 36V; load - 1 short-circuit; T = 25 °C) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Table 18. Test data (short-circuit, 36 V, 4 channels)

(VCC = 36 V; load - 4 short-circuits; T = 25 °C). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Table 19. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Doc ID 14836 Rev 1

3/30

List of figures

AN2795

 

 

List of figures

Figure 1.

Test block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 1

Figure 2.

Switching waveform (bulb, 10.5 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

Figure 3.

Switching waveform (bulb, 10.5 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 6

Figure 4.

Switching waveform (bulb, 24 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 7

Figure 5.

Switching waveform (bulb, 24 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 8

Figure 6.

Switching waveform (bulb, 36 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 9

Figure 7.

Switching waveform (bulb, 36 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

Figure 8.

Switching waveform (inductor, 10.5 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

Figure 9.

Switching waveform (inductor, 10.5 V, 1 channel, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

Figure 10.

Switching waveform (inductor, 10.5 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

Figure 11.

Switching waveform (inductor, 10.5 V, 4 channels, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

Figure 12.

Switching waveform (inductor, 24 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

Figure 13.

Switching waveform (inductor, 24 V, 1 channel, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

Figure 14.

Switching waveform (inductor, 24 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

Figure 15.

Switching waveform (inductor, 24 V, 4 channels, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

Figure 16.

Switching waveform (inductor, 36 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

Figure 17.

Switching waveform (inductor, 36 V, 1 channel, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

Figure 18.

Switching waveform (inductor, 36 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Figure 19.

Switching waveform (inductor, 36 V, 4 channels, turn-off detail) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

Figure 20.

Switching waveform (short-circuit, 10.5 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

Figure 21.

Switching waveform (short-circuit, 10.5 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

Figure 22.

Switching waveform (short-circuit, 24 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Figure 23.

Switching waveform (short-circuit, 24 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

Figure 24.

Switching waveform (short-circuit, 36 V, 1 channel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Figure 25.

Switching waveform (short-circuit, 36 V, 4 channels) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

4/30

Doc ID 14836 Rev 1

AN2795

Bulb load tests

 

 

1 Bulb load tests

1.1Bulb, 10.5 V, 1 channel

Table 1.

Test data (bulb, 10.5 V, 1 channel)

 

 

 

 

(VCC = 10.5 V; load - 1 bulb; T = 25 °C)

 

 

Time [min]

 

Utot [V]

Itot [A]

 

Uch [V]

Ich [A]

Tcase [°C]

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

10.4

0.381

 

10.3

0.376

25.1

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

10.4

0.383

 

10.3

0.377

25.6

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

10.4

0.382

 

10.4

0.376

26.0

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

10.4

0.382

 

10.4

0.377

26.1

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2. Switching waveform (bulb, 10.5 V, 1 channel)(1)

1. CH1: supply current, CH2: channel voltage, CH3: channel current, CH4: supply voltage.

Doc ID 14836 Rev 1

5/30

Bulb load tests

AN2795

 

 

1.2Bulb, 10.5 V, 4 channels

Table 2.

Test data (bulb, 10.5 V, 4 channels)

 

 

 

 

(VCC = 10.5 V; load - 4 bulbs; T = 25 °C)

 

 

Time [min]

 

Utot [V]

Itot [A]

 

Uch [V]

Ich [A]

Tcase [°C]

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

10.3

1.405

 

9.9

0.365

25.9

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

10.3

1.408

 

10.0

0.365

26.6

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

10.3

1.409

 

10.0

0.366

27.0

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

10.3

1.408

 

10.0

0.366

27.2

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3. Switching waveform (bulb, 10.5 V, 4 channels)(1)

1. CH1: supply current, CH2: channel voltage, CH3: channel current, CH4: supply voltage.

6/30

Doc ID 14836 Rev 1

AN2795

Bulb load tests

 

 

1.3Bulb, 24 V, 1 channel

Table 3.

Test data (bulb, 24 V, 1 channel)

 

 

 

 

(VCC = 24 V; load - 1 bulb; T = 25 °C)

 

 

Time [min]

 

Utot [V]

Itot [A]

 

Uch [V]

Ich [A]

Tcase [°C]

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

23.9

0.629

 

23.8

0.617

36.6

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

23.9

0.629

 

23.8

0.617

38.4

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

23.9

0.628

 

23.7

0.616

38.8

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

23.9

0.628

 

23.7

0.616

38.8

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 4. Switching waveform (bulb, 24 V, 1 channel)(1)

1. CH1: supply current, CH2: channel voltage, CH3: channel current, CH4: supply voltage.

Doc ID 14836 Rev 1

7/30

Bulb load tests

AN2795

 

 

1.4Bulb, 24 V, 4 channels

Table 4.

Test data (bulb, 24 V, 4 channels)

 

 

 

 

(VCC = 24 V; load - 4 bulbs; T = 25 °C)

 

 

Time [min]

 

Utot [V]

Itot [A]

 

Uch [V]

Ich [A]

Tcase [°C]

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

23.6

2.301

 

23.2

0.600

46.5

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

23.6

2.306

 

23.2

0.599

48.8

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

23.6

2.307

 

23.2

0.599

50.8

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

23.6

2.306

 

23.2

0.599

51.1

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5. Switching waveform (bulb, 24 V, 4 channels)(1)

1. CH1: supply current, CH2: channel voltage, CH3: channel current, CH4: supply voltage.

8/30

Doc ID 14836 Rev 1

ST AN2795 APPLICATION NOTE

AN2795

Bulb load tests

 

 

1.5Bulb, 36 V, 1 channel

Table 5.

Test data (bulb, 36 V, 1 channel)

 

 

 

 

(VCC = 36 V; load - 1 bulb; T = 25 °C)

 

 

Time [min]

 

Utot [V]

Itot [A]

 

Uch [V]

Ich [A]

Tcase [°C]

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

35.8

0.767

 

33.8

0.751

74.9

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

35.9

0.769

 

33.8

0.752

79.1

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

35.9

0.769

 

33.8

0.753

80.8

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

35.9

0.769

 

33.9

0.753

80.8

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 6. Switching waveform (bulb, 36 V, 1 channel)(1)

1. CH1: supply current, CH2: channel voltage, CH3: channel current, CH4: supply voltage.

Doc ID 14836 Rev 1

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