ST VNB49N04, VNV49N04 User Manual

VNB49N04 - VNV49N04

OMNIFET: fully autoprotected Power MOSFET

Features

Type

VCLAMP

RDS(ON)

ILIM

VNB49N04

42 V

20 mΩ

49 A

 

VNV49N04

 

 

 

 

 

 

 

Linear current limitation

Thermal shutdown

Short circuit protection

Integrated clamp

Low current drawn from input pin

Diagnostic feedback through input pin

ESD protection

Direct access to the gate of the Power MOSFET (analog driving)

Compatible with standard Power MOSFET

 

10

3

1

1

TO-263(D2PAK) PowerSO-10

Description

The VNB49N04, VNV49N04 are monolithic devices designed in STMicroelectronics™ VIPower™ M0 technology, intended for replacement of standard Power MOSFETs from DC up to 50 KHz applications.

Built-in thermal shutdown, linear current limitation and overvoltage clamp protect the chip in harsh environments.

Fault feedback can be detected by monitoring the voltage at the input pin.

 

 

Table 1.

Device summary

 

 

 

Package

 

Order code

 

 

 

 

 

 

 

 

Tube

Tape and reel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PowerSO-10

VNV49N04

VNV49N0413TR

 

 

 

 

 

 

 

TO-263 (D2PAK)

VNB49N04

VNB49N0413TR

 

 

 

 

 

 

November 2010

Doc ID 1641 Rev 2

 

 

1/22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.st.com

Contents

VNB49N04 - VNV49N04

 

 

Contents

1

Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

2

Electrical specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

 

2.1

Absolute maximum rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

 

2.2

Thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

 

2.3

Electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

 

2.4

Electrical characteristics curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

 

2.5

Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

3

Protection features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

4

Package and packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

4.1

ECOPACK® . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

4.2

TO-263 (D2PAK) mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

4.3

PowerSO-10 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

5

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

21

2/22

Doc ID 1641 Rev 2

VNB49N04 - VNV49N04

List of tables

 

 

List of tables

Table 1. Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Table 2. Absolute maximum rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 3. Thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 4. Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 5. On . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 6. Dynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 7. Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 8. Source drain diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 9. Protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 10. TO-263 (D2PAK) mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 11. PowerSO-10 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Table 12. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Doc ID 1641 Rev 2

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List of figures

VNB49N04 - VNV49N04

 

 

List of figures

Figure 1. Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 2. Connection diagram (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 3. Thermal impedance for D2PAK / PowerSO-10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 4. Derating curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 5. Output characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 6. Transconductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 7. Static drain-source on resistance vs input voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 8. Static drain-source on resistance (part 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 9. Static drain-source on resistance (part 2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 10. Input charge vs input voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 11. Capacitance variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 12. Normalized input threshold voltage vs temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 13. Normalized on resistance vs temperature (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 14. Normalized on resistance vs temperature (part 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 15. Turn-on current slope (part 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 16. Turn-on current slope (part 2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 17. Turn-off drain-source voltage slope (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 18. Turn-off drain-source voltage slope (part 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 19. Switching time resistive load vs RG (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 20. Switching time resistive load vs RG (part 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 21. Switching time resistive load vs VIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 22. Current limit vs junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Figure 23. Step response current limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 24. Source drain diode forward characteristics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 25. Unclamped inductive load test circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 26. Unclamped inductive waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 27. Switching time test circuits for resistive load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 28. Input charge test circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 29. Test circuit for inductive load switching and diode recovery times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 30. Waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 31. TO-263 (D2PAK) package dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figure 32. PowerSO-10 package dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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Doc ID 1641 Rev 2

ST VNB49N04, VNV49N04 User Manual

VNB49N04 - VNV49N04

Block diagram

 

 

1 Block diagram

Figure 1. Block diagram

Figure 2. Connection diagram (top view)

PowerSO-10

D2PAK

 

 

 

Doc ID 1641 Rev 2

5/22

Electrical specifications

VNB49N04 - VNV49N04

 

 

2 Electrical specifications

2.1Absolute maximum rating

Stressing the device above the rating listed in the “Absolute maximum ratings” table may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only and operation of the device at these or any other conditions above those indicated in the Operating sections of this specification is not implied. Exposure to the conditions in table below for extended periods may affect device reliability. Refer also to the STMicroelectronics SURE Program and other relevant quality document.

Table 2.

Absolute maximum rating

 

 

Symbol

 

Parameter

Value

Unit

 

 

 

 

 

VDS

 

Drain-source voltage (VIN = 0 V)

Internally clamped

V

VIN

 

Input voltage

18

V

ID

 

Drain current

Internally limited

A

IR

 

Reverse DC output current

-50

A

VESD

 

Electrostatic discharge (R = 1.5 KΩ, C = 100 pF)

2000

V

Ptot

 

Total dissipation at Tc = 25 °C

125

W

Tj

 

Operating junction temperature

Internally limited

°C

Tc

 

Case operating temperature

Internally limited

°C

Tstg

 

Storage temperature

-55 to 150

°C

2.2Thermal data

Table 3.

Thermal data

 

 

 

 

Symbol

Parameter

Value

 

Unit

 

 

 

PowerSO-10

 

D2PAK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-case

Thermal resistance junction-case (max)

1

 

1

°C/W

Rthj-amb

Thermal resistance junction-ambient (max)

50

 

62.5

°C/W

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Doc ID 1641 Rev 2

VNB49N04 - VNV49N04

Electrical specifications

 

 

2.3Electrical characteristics

-40 °C < Tj < 125 °C, unless otherwise specified

Table 4.

 

Off

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

 

 

 

 

 

 

 

Test conditions

Min

 

Typ

 

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VCLAMP

 

Drain-source clamp voltage

 

ID = 200 mA; VIN = 0

34

42

50

V

V

 

 

Drain-source clamp threshold

 

I = 2 mA; V

 

= 0

33

 

 

 

 

V

 

CLTH

 

voltage

 

 

 

 

 

D

 

 

IN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VINCL

 

Input-source reverse clamp

 

IIN = -1 mA

 

 

-1.2

 

 

-0.1

V

 

voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IDSS

 

Zero input voltage drain

 

 

 

 

 

VDS = 13 V; VIN = 0 V

 

 

 

70

µA

 

current (VIN = 0 V)

 

 

 

 

 

VDS = 25 V; VIN = 0 V

 

 

 

220

µA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IISS

 

Supply current from input pin

 

VDS = 0 V; VIN = 10 V

 

250

550

µA

Table 5.

 

On(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

 

 

 

 

 

Test conditions

Min

 

Typ

 

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VIN(th)

 

Input threshold voltage

 

VDS = VIN; ID + IIN = 1 mA

0.8

 

3

V

RDS(on)

 

Static drain-source on

 

VIN = 10 V; ID = 25 A

 

 

0.04

Ω

 

resistance

 

VIN = 5 V; ID = 25 A

 

 

 

0.05

Ω

 

 

 

 

 

 

 

1. Pulsed: pulse duration = 300µs, duty cycle 1.5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 6.

 

Dynamic

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

 

 

 

 

 

Test conditions

Min

 

Typ

 

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

(1)

Forward

V

DS

= 13 V; I

D

= 25 A; T = 25 °C

25

30

 

 

S

transconductance

 

 

fs

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COSS

Output capacitance

VDS = 13 V; f = 1 MHz; VIN = 0 V;

 

1100

1500

pF

Tc = 25 °C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Pulsed: pulse duration = 300µs, duty cycle 1.5%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 7.

 

Switching(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

 

 

 

 

 

 

Test conditions

Min

 

Typ

 

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

 

Turn-on delay time

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

600

ns

 

tr

 

Rise time

 

 

 

VDS = 15 V; ID = 25 A; Vgen = 10 V;

 

1300

 

3600

ns

td(off)

 

Turn-off delay time

 

 

 

Rgen = 10 Ω; (see Figure 27)

 

800

 

2400

ns

 

tf

 

Fall time

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

900

ns

Doc ID 1641 Rev 2

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