ST VNH5050A-E User Manual

VNH5050A-E

Automotive fully integrated H-bridge motor driver

Features

Type

RDS(on)

Iout

Vccmax

VNH5050A-E

50 mΩ max

30 A

41 V

(per leg)

 

 

 

 

 

 

 

Output current: 30 A

3 V CMOS compatible inputs

Undervoltage and overvoltage shutdown

Overvoltage clamp

Thermal shutdown

Cross-conduction protection

Current and power limitation

Very low standby power consumption

PWM operation up to 20 KHz

Protection against loss of ground and loss of

VCC

Current sense output proportional to motor current

Output protected against short to ground and short to VCC

Package: ECOPACK®

Description

The VNH5050A-E is a full bridge motor driver intended for a wide range of automotive applications. The device incorporates a dual monolithic high-side driver and two low-side switches. All switches are designed using STMicroelectronics® well known and proven

PowerSSO-36 TP

proprietary VIPower® M0 technology that allows to efficiently integrate on the same die a true Power MOSFET with an intelligent signal/protection circuitry. The three dies are assembled in a PowerSSO-36 TP package on electrically isolated lead frames. This package, specifically designed for the harsh automotive environment offers improved thermal performance thanks to exposed die pads. Moreover, its fully symmetrical mechanical design allows superior manufacturability at board level. The input signals INA and INB can directly interface to the microcontroller to select the motor direction and the brake condition. The DIAGA/ENA or DIAGB/ENB, when connected to an external pull-up resistor, enables one leg of the bridge. Each DIAGA/ENA provides a digital diagnostic feedback signal as well. The normal operating condition is explained in the truth table. The CS pin allows monitoring the motor current by delivering a current proportional to its value when CS_DIS pin is driven low or left open. When CS_DIS is driven high, CS pin is in high impedance condition. The PWM, up to 20 KHz, allows to control the speed of the motor in all possible conditions. In all cases, a low level state on the PWM pin turns off both the LSA and LSB switches.

Table 1.

Device summary

 

 

 

 

Package

 

Order codes

 

 

 

 

 

 

Tube

 

Tape and reel

 

 

 

 

 

 

PowerSSO-36 TP

VNH5050A-E

 

VNH5050ATR-E

 

 

 

 

December 2011

Doc ID 16009 Rev 10

1/33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.st.com

Contents

VNH5050A-E

 

 

Contents

1

Block diagram and pin description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

2

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

8

 

2.1

Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

 

2.2

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

9

 

2.3

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

10

 

2.4

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

19

3

Application information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

 

3.1

Reverse battery protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

4

Package and PCB thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

 

4.1

PowerSSO-36 thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

4.1.1Thermal calculation in clockwise and anti-clockwise operation in

steady-state mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.1.2Thermal resistances definition (values according to the PCB heatsink

area) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.1.3 Thermal calculation in transient mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5

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

29

 

5.1

ECOPACK® packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

 

5.2

PowerSSO-36

TP package information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

 

5.3

PowerSSO-36

TP packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

6

Revision history .

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

32

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Doc ID 16009 Rev 10

VNH5050A-E

List of tables

 

 

List of tables

Table 1. Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Table 2. Block description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Table 3. Suggested connections for unused and not connected pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 4. Pin definitions and functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 5. Pin functions description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 6. Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 7. Thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Table 8. Power section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Table 9. Logic inputs (INA, INB, ENA, ENB, PWM, CS_DIS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Table 10. Switching (VCC = 13 V, RLOAD = 1.5 Ω) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Table 11. Protections and diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Table 12. Current sense (9 V < VCC < 18 V). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Table 13. Truth table in normal operating conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Table 14. Truth table in fault conditions (detected on OUTA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 15. Electrical transient requirements (part 1/3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 16. Electrical transient requirements (part 2/3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 17. Electrical transient requirements (part 3/3). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Table 18. Thermal calculation in clockwise and anti-clockwise operation in steady-state mode . . . . 25 Table 19. Thermal parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Table 20. PowerSSO-36 TP mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Table 21. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

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List of figures

VNH5050A-E

 

 

List of figures

Figure 1. Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 2. Configuration diagram (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 3. Current and voltage conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Figure 4. Definition of the delay times measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 5. Definition of the low-side switching times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 6. Definition of the high-side switching times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 7. Definition of dynamic cross conduction current during a PWM operation. . . . . . . . . . . . . . 16 Figure 8. Definition of delay response time of sense current. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Figure 9. Waveforms in full-bridge operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Figure 10. Waveforms in full-bridge operation (continued) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Figure 11. Typical application circuit for DC to 20 kHz PWM operation short circuit protection . . . . . 21 Figure 12. Behavior in fault condition (how a fault can be cleared) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Figure 13. Half-bridge configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Figure 14. Multi-motors configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Figure 15. PowerSSO-36™ PC board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Figure 16. Chipset configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figure 17. Auto and mutual Rthj-amb vs PCB copper area in open box free air condition . . . . . . . . . . 25 Figure 18. Detailed chipset configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 19. PowerSSO-36 HSD thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . 27 Figure 20. PowerSSO-36 LSD thermal impedance junction ambient single pulse . . . . . . . . . . . . . . . 27 Figure 21. Thermal fitting model of an H-bridge in PowerSSO-36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Figure 22. PowerSSO-36 TP package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Figure 23. PowerSSO-36 TP tube shipment (no suffix). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Figure 24. PowerSSO-36 TP tape and reel shipment (suffix “TR”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

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Doc ID 16009 Rev 10

ST VNH5050A-E User Manual

VNH5050A-E

Block diagram and pin description

 

 

1 Block diagram and pin description

Figure 1. Block diagram

 

 

 

 

 

 

6##

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VCC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)'.!,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

#,!-0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SIGNAL

 

 

 

 

 

 

 

&!5,4

 

 

 

 

CLAMP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0/7%2

 

 

 

 

 

 

 

$%4%#4)/.

 

 

 

,)-)4!4) /.

 

 

 

 

 

 

 

FAULT

 

 

 

POWER

 

 

 

 

 

 

 

DETECTION

 

 

LIMITATION

 

 

 

,3!?/6%24%-0%2!452%

 

 

,3"?/6%24%-0%2!452%

 

 

 

 

LSA_OVERTEMPERATURE

 

 

LSB_OVERTEMPERATURE

 

 

 

(3!?/6%24%-0%2!452%

/6 56

 

(3"?/6%24%-0%2!452%

 

 

 

 

HSA_OVERTEMPERATURE

OV + UV

 

 

HSB_OVERTEMPERATURE

 

 

 

#,!-0?(3

 

 

 

 

 

 

 

#,!-0?(3

 

 

 

 

CLAMP! _HSA

 

 

 

 

 

CLAMP_HSB "

 

 

(3

HS

$2)6%2DRIVER

,/')#LOGIC

 

 

DRIVER$2)6%2

HS(3

!

A

(3!

 

HS

 

 

 

 

HS

B

"

 

 

 

 

A

 

 

 

 

(3B"

 

 

 

 

CURRENT

 

 

 

 

 

 

 

CURRENT

 

 

 

#522%.4

 

 

 

 

 

 

 

#522%.4

 

 

 

 

LIMITATION_A

 

 

 

 

 

LIMITATION_B

 

 

 

,)-)4!4)/.?!

 

 

 

 

 

 

 

,)-)4!4) /.?"

 

 

SOURCE_HSA

 

 

 

 

1/K

 

 

 

 

1/K

 

SOURCE_HSB

3/52#%?(3!

CLAMP_LSA

 

 

+

 

 

 

 

+

 

3/52#%?(3"

DRAIN_LSA

 

 

 

 

 

 

 

CLAMP_LSB

 

DRAIN_LSB

#,!-0?,3

 

 

 

 

 

 

 

#,!-0?,3

 

$2!).?,3!

 

!

 

 

 

 

 

 

 

"

$2!).?,3"

LSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LSB

 

 

DRIVER

 

 

 

 

DRIVER

 

,3!

 

$2)6%2

LSA

 

 

 

 

LSB

,3"

 

 

 

 

 

 

 

$2)6%2

 

 

,3!

 

 

 

 

 

 

 

,3"

 

 

 

OVERLOAD

 

 

 

 

 

 

 

OVERLOAD

 

 

 

DETECTOR_A

 

 

 

 

 

DETECTOR_B

 

 

 

/6%2,/!$

 

 

 

 

 

 

 

/6%2,/!$

 

 

$%4%#4/2?!

 

 

DIAGA/ENA

INA CS CS_DIS

PWM

INB

$%4%#4/2?"

 

 

GNDA

 

 

 

DIAGB/ENB

GNDB

 

'.$!

 

 

 

$)!'! %.! ).! #3 #3?$)3

07-

)."

$)!'" %."

'.$"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

("1($'5

Table 2.

Block description

 

 

Name

Description

 

 

 

Logic control

 

Allows the turn-on and the turn-off of the high-side and the

 

low-side switches according to the truth table.

 

 

 

 

 

Undervoltage/overvoltage

Shuts down the device for battery voltage outside the range

(4,5...24V).

 

 

 

 

High-side and low-side clamp voltage

Protect the high-side and the low-side switches from high

 

 

voltage on the battery line.

 

 

 

High-side and low-side driver

Drive the gate of the concerned switch to allow a proper

RDS(on) for the leg of the bridge.

 

 

Current limitation

Limits the motor current in case of short circuit.

 

 

 

High-side and low-side

In case of short-circuit with the increase of the junction

temperature, it shuts down the concerned driver to prevent

overtemperature protection

degradation and to protect the die.

 

 

 

 

 

Low-side overload detector

Detects when low-side current exceeds shutdown current

and latches off the concerned low-side.

 

 

 

 

 

 

 

Signalizes an abnormal condition of the switch (output

Fault detection

shorted to ground or output shorted to battery) by pulling

 

 

down the concerned ENx/DIAGx pin.

 

 

 

Power limitation

Limits the power dissipation of the high-side driver inside

safe range in case of short to ground condition.

 

 

 

 

 

Doc ID 16009 Rev 10

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Block diagram and pin description

 

 

 

VNH5050A-E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Suggested connections for unused and not connected pins

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INPUTx, PWM

 

Connection / pin

Current sense

N.C.

SOURCE_HSx

DRAIN_LSx

DIAGx/ENx

 

 

 

 

 

 

 

CS_DIS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Floating

 

Not allowed

X

X

X

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

To ground

Through 1 kΩ

X

Not allowed

X

Through 10 kΩ

 

resistor

resistor

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2.

Configuration diagram (top view)

 

 

GND_A

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DRAIN LSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_A

 

 

 

 

 

 

 

Slug2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Slug3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DRAIN LSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE HSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE HSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE HSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE HSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VCC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE HSA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Slug1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ENA/DIAGA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IN_PWM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NC

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GND_B

DRAIN LSB

GND_B

GND_B

GND_B GND_B

GND_B

DRAIN LSB

SOURCE HSB

SOURCE HSB

SOURCE HSB SOURCE HSB

VCC

SOURCE HSB

INB

ENB/DIAGB

CS_DIS

CS

Table 4.

Pin definitions and functions

 

Pin N°

Symbol

Function

 

 

 

 

 

13, 24

VCC, Heat

Drain of high-side switches and power supply voltage.

 

 

slug1

 

 

 

 

 

 

18

NC

Not connected.

 

 

 

 

 

15

INA

Clockwise input.

 

 

 

 

 

16

ENA/DIAGA

Status of high-side and low-side switches A;

 

Open drain output.

 

 

 

 

 

 

 

 

17

IN_PWM

PWM input.

 

 

 

 

 

19

CS

Output of current sense.

 

 

 

 

6/33

Doc ID 16009 Rev 10

VNH5050A-E

 

 

Block diagram and pin description

 

 

 

 

 

 

Table 4.

Pin definitions and functions (continued)

 

 

 

 

 

 

 

Pin N°

Symbol

Function

 

 

 

 

 

 

 

20

CS_DIS

Active high CMOS compatible pin to disable current sense

 

 

pin.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

ENB/DIAGB

Status of high-side and low-side switches B;

 

 

Open drain output.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

INB

Counter clockwise input.

 

 

 

 

 

23, 25, 26, 27, 28, 29, 35

OUTB, Heat

Source of high-side switch B / drain of low-side switch B.

 

 

 

Slug3

 

 

 

 

 

 

30, 31, 32, 33, 34,36

GND_B

Source of low-side switch B.

 

 

 

 

 

2, 8, 9, 10, 11, 12, 14

OUTA, Heat

Source of high-side switch A / drain of low-side switch A.

 

 

 

Slug2

 

 

 

 

 

 

1, 3, 4, 5, 6, 7

GND_A

Source of low-side switch A.

 

 

 

 

 

Table 5.

Pin functions description

Name

 

Description

 

 

 

VCC

 

Battery connection.

GND

 

Power ground.

 

 

 

OUTA

 

Power connections to the motor.

OUTB

 

 

 

INA

 

Voltage controlled input pins with hysteresis, CMOS compatible. These two pins

 

control the state of the bridge in normal operation according to the truth table (brake

INB

 

 

to VCC, Brake to GND, clockwise and counterclockwise).

 

 

 

 

Voltage controlled input pin with hysteresis, CMOS compatible.Gates of low-side

PWM

 

FETS get modulated by the PWM signal during their on phase allowing speed control

 

 

of the motor.

 

 

 

 

 

Open drain bidirectional logic pins.These pins must be connected to an external pull

ENA/DIAGA

 

up resistor. When externally pulled low, they disable half-bridge A or B. In case of fault

 

detection (thermal shutdown of a high-side FET or excessive on-state voltage drop

ENB/DIAGB

 

across a low-side FET), these pins are pulled low by the device (see truth table in fault

 

 

condition).

 

 

 

 

 

Analog current sense output. This output delivers a current proportional to the motor

CS

 

current if CS_DIS is low or left open. The information can be read back as an analog

 

 

voltage across an external resistor.

 

 

 

CS_DIS

 

Active high CMOS compatible pin to disable the current sense pin.

 

 

 

Doc ID 16009 Rev 10

7/33

Electrical specifications

VNH5050A-E

 

 

2 Electrical specifications

Figure 3. Current and voltage conventions

 

 

 

 

 

 

 

IS

 

 

 

IINA

 

 

 

 

 

VCC

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

INA

CC

 

 

IOUTA

 

 

IINB

 

OUTA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IOUTB

 

 

 

 

INB

OUT

 

 

 

 

IENA

 

B

I

VOUTA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DIAGA/ENA

CS

 

SENSE

 

 

I

 

ICSD

V

 

 

 

 

 

 

 

OUTB

 

 

ENB

 

 

CS_DIS

VSENSE

 

 

 

 

DIAGB/ENB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PWM

GND

 

 

 

 

 

 

 

Ipw

 

 

VCSD

 

 

 

 

 

 

IGND

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VINA

VINB

VENA

VENB

Vpw

 

 

 

 

2.1Absolute maximum ratings

Table 6.

Absolute maximum ratings

 

 

Symbol

Parameter

Value

Unit

 

 

 

 

VCC

Supply voltage

+ 41

V

Imax

DC output current

Internally limited

A

I

Reverse output current (continuous)(1)

25

A

R

 

 

 

IIN

Input current (INA and INB pins)

+/- 10

mA

IEN

Enable input current (DIAGA/ENA and DIAGB/ENB pins)

+/- 10

mA

Ipw

PWM Input current

+/- 10

mA

ICS_DIS

CS_DIS input current

+/- 10

mA

VCS

Current sense maximum voltage

VCC-41/+VCC

V

VESD

Electrostatic discharge

2

kV

(Human body model: R = 1.5 kΩ, C = 100 pF)

 

 

 

 

 

 

 

Tc

Junction operating temperature

-40 to 150

°C

TSTG

Storage temperature

-55 to 150

°C

IGND

DC reverse ground pin current

200

mA

1. Based on the internal wires capability.

8/33

Doc ID 16009 Rev 10

VNH5050A-E

Electrical specifications

 

 

2.2Thermal data

Table 7.

Thermal data

 

 

Symbol

Parameter

Max. value

Unit

 

 

 

 

 

Rthj-case

Thermal resistance junction-case (per leg)

HSD

3.7

°C/W

 

 

 

LSD

3.9

°C/W

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-amb

Thermal resistance junction-ambient

See Figure 17

°C/W

Doc ID 16009 Rev 10

9/33

Electrical specifications

VNH5050A-E

 

 

2.3Electrical characteristics

VCC = 9 V up to 18 V; -40 °C < Tj < 150 °C, unless otherwise specified.

 

 

 

Table 8.

Power section

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

Parameter

Test conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

VCC

Operating supply voltage

 

5.5

 

18

V

 

 

 

Off-state with all fault cleared

 

 

 

 

 

 

 

and ENx = 0 (standby)

 

3

6

µA

 

 

 

INA = INB = PWM = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tj = 25 °C; VCC = 13 V

 

 

 

 

 

 

 

Off-state with all fault cleared

 

 

 

 

 

 

 

and ENx = 0 (standby)

 

 

 

 

 

 

 

VCC = 13 V;

 

 

10

µA

 

 

 

INA = INB = PWM = 0;

 

 

 

 

IS

Supply current

 

Tj = -40 °C to 150 °C

 

 

 

 

 

Off-state (no standby)

 

 

 

 

 

 

 

INA = INB = PWM = 0;

 

 

5

mA

 

 

 

ENx = 5 V;

 

 

 

 

 

 

 

Tj = -40 °C to 150 °C

 

 

 

 

 

 

 

On-state:

 

3

6

mA

 

 

 

INA or INB = 5V; no PWM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

On-state:

 

 

 

 

 

 

 

INA or INB = 5 V;

 

 

8

mA

 

 

 

PWM = 20 kHz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IOUT = 8.5 A; Tj = -40 °C

 

17

 

 

Static high-side

 

OUT = 8.5 A; Tj = 25 °C

 

26

 

RONHS

 

IOUT = 8.5 A; Tj = 150 °C

 

52

 

resistance

 

 

 

 

 

IOUT = 8.5 A;

 

 

60

 

 

 

Tj = - 40 °C to 150 °C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IOUT = 8.5 A; Tj = 25 °C

 

20

 

RONLS

Static low-side resistance

 

IOUT = 8.5 A;

 

 

40

 

 

 

Tj = - 40 °C to 150 °C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vf

High-side free-wheeling

IOUT = -8.5 A; Tj = 150 °C

 

0.7

0.9

V

diode forward voltage

 

 

 

 

Tj = 25 °C; VCC = 13V;

0

 

3

µA

IL(off)

High-side off-state output

VOUTX = ENX = 0 V

 

 

 

 

current (per channel)

 

Tj = 125°C; VCC = 13V;

0

 

5

µA

 

 

 

VOUTX = ENX = 0 V

 

 

 

 

IRM

Dynamic cross-

IOUT = 8.5 A (see Figure 7)

 

1

 

A

conduction current

 

 

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Doc ID 16009 Rev 10

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