ST VNS3NV04DP-E User Manual

VNS3NV04DP-E

OMNIFET II fully autoprotected Power MOSFET

Features

Max on-state resistance (per ch.)

RON

120 mΩ

Current limitation (typ)

ILIMH

3.5 A

Drain-source clamp voltage

VCLAMP

40 V

ECOPACK®: lead free and RoHS compliant

Automotive Grade: compliance with AEC guidelines

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

SO-8

Description

The VNS3NV04DP-E device is made up of two monolithic chips (OMNIFET II) housed in a standard SO-8 package. The OMNIFET II is designed using STMicroelectronics™ VIPower™ M0-3 technology and is intended for replacement of standard Power MOSFETs in up to 50 kHz DC applications.

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

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

Table 1.

Device summary

 

 

 

 

Package

 

Order codes

 

 

 

 

 

Tube

 

Tape and reel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SO-8

VNS3NV04DP-E

 

VNS3NV04DPTR-E

 

 

 

 

 

March 2011

Doc ID 018529 Rev 1

1/21

www.st.com

Contents

VNS3NV04DP-E

 

 

Contents

1

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

. 5

2

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

. 6

 

2.1

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

6

 

2.2

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

7

 

2.3

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

7

 

2.4

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

12

3

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

16

 

3.1

Overvoltage clamp protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

 

3.2

Linear current limiter circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

 

3.3

Overtemperature and short circuit protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

 

3.4

Status feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

4

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

17

 

4.1

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

17

 

4.2

SO-8 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

 

4.3

SO-8 packing information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

5

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

20

2/21

Doc ID 018529 Rev 1

VNS3NV04DP-E

List of tables

 

 

List of tables

Table 1. Device summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Table 2. Absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 3. Thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 4. Off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 5. On . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 6. Dynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 7. Switching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 8. Source drain diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 9. Protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Table 10. SO-8 mechanical data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Table 11. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Doc ID 018529 Rev 1

3/21

List of figures

VNS3NV04DP-E

 

 

List of figures

Figure 1. Block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 2. Configuration diagram (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Figure 3. Current and voltage conventions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 4. Switching time test circuit for resistive load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 5. Test circuit for diode recovery times . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Figure 6. Unclamped inductive load test circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 7. Input charge test circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 8. Unclamped inductive waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Figure 9. Source-drain diode forward characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 10. Static drain-source on resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 11. Derating curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 12. Static drain-source on resistance vs input voltage (part 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 13. Static drain-source on resistance vs input voltage (part 2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 14. Transconductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 15. Static drain-source on resistance vs Id . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 16. Transfer characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 17. Turn-on current slope (part 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 18. Turn-on current slope (part 2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 19. Input voltage vs input charge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 20. Turn-off drain source voltage slope (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Figure 21. Turn-off drain-source voltage slope (part 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 22. Capacitance variations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 23. Switching time resistive load (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 24. Switching time resistive load (part 1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 25. Output characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 26. Normalized on resistance vs temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Figure 27. Normalized input threshold voltage vs temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 28. Normalized current limit vs junction temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 29. Step response current limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 30. SO-8 package dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figure 31. SO-8 tube shipment (no suffix) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Figure 32. Tape and reel shipment (suffix “TR”) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4/21

Doc ID 018529 Rev 1

ST VNS3NV04DP-E User Manual

VNS3NV04DP-E

Block diagram and pin description

 

 

1 Block diagram and pin description

Figure 1. Block diagram

 

 

DRAIN1

DRAIN2

 

 

 

 

OVERVOLTAGE

OVERVOLTAGE

 

 

 

 

CLAMP

CLAMP

 

 

INPUT1

GATE

 

 

GATE

INPUT2

 

 

 

 

 

CONTROL

 

 

CONTROL

 

 

 

LINEAR

LINEAR

 

 

 

OVER

CURRENT

CURRENT

OVER

 

 

LIMITER

LIMITER

 

 

TEMPERATURE

TEMPERATURE

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE1

SOURCE2

 

 

Figure 2. Configuration diagram (top view)

 

 

 

 

 

DRAIN 1

SOURCE 1

1

8

INPUT 1

 

 

DRAIN 1

SOURCE 2

 

 

4

5

DRAIN 2

 

 

INPUT 2

DRAIN 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Doc ID 018529 Rev 1

5/21

Electrical specifications

VNS3NV04DP-E

 

 

2 Electrical specifications

Figure 3. Current and voltage conventions

 

I

RIN1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

D1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IN1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INPUT 1

DRAIN 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VIN1

 

 

IIN2

 

 

R

IN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

D2

 

 

 

 

VDS1

 

VIN2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

INPUT 2

DRAIN 2

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE 1

SOURCE 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1Absolute maximum ratings

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 Absolute maximum rating conditions for extended periods may affect device reliability. Refer also to the STMicroelectronics SURE program and other relevant quality document.

Table 2.

Absolute maximum ratings

 

 

Symbol

Parameter

Value

Unit

 

 

 

 

VDSn

Drain-Source Voltage (VINn = 0 V)

Internally clamped

V

VINn

Input voltage

Internally clamped

V

IINn

Input current

+/- 20

mA

RIN MINn

Minimum input series impedance

220

Ω

IDn

Drain current

Internally limited

A

IRn

Reverse DC output current

-5.5

A

VESD1

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

4000

V

VESD2

Electrostatic discharge on output pins only (R = 330 Ω,

16500

V

C = 150 pF)

Ptot

Total dissipation at Tc = 25 °C

4

Ω

Tj

Operating junction temperature

Internally limited

°C

Tc

Case operating temperature

Internally limited

°C

Tstg

Storage temperature

-55 to 150

°C

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Doc ID 018529 Rev 1

VNS3NV04DP-E

Electrical specifications

 

 

2.2Thermal data

Table 3.

Thermal data

 

 

Symbol

Parameter

Max value

Unit

 

 

 

 

Rthj-lead

Thermal resistance junction-lead (per channel)

30

°C/W

Rthj-amb

Thermal resistance junction-ambient

80(1)

°C/W

1.When mounted on a standard single-sided FR4 board with 50mm2 of Cu (at least 35 μm thick) connected to all DRAIN pins of the relative channel

2.3Electrical characteristics

Values specified in this section are for -40 °C < Tj < 150 °C, unless otherwise stated.

Table 4.

Off

 

 

 

 

 

Symbol

Parameter

Test conditions

Min

Typ

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

VCLAMP

Drain-source clamp

VIN = 0 V; ID = 1.5 A

40

45

55

V

voltage

VCLTH

Drain-source clamp

VIN = 0 V; ID = 2 mA

36

 

 

V

threshold voltage

 

 

VINTH

Input threshold

VDS = VIN; ID = 1 mA

0.5

 

2.5

V

voltage

 

IISS

Supply current from

VDS = 0 V; VIN = 5 V

 

100

150

µA

input pin

 

VINCL

Input-source clamp

IIN = 1 mA

6

6.8

8

V

voltage

IIN = -1 mA

-1

 

-0.3

V

 

 

 

IDSS

Zero input voltage

VDS = 13 V; VIN = 0 V; Tj = 25 °C

 

 

30

µA

drain current

 

 

 

 

 

VDS = 25 V; VIN = 0 V

 

 

75

µA

 

(VIN = 0 V)

 

 

Table 5.

On

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

Parameter

 

 

 

Test conditions

Min

Typ

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RDS(on)

Static drain-source on

VIN = 5 V; ID = 1.5 A; Tj = 25 °C

120

resistance

VIN = 5 V; ID = 1.5 A

240

 

 

Tj = 25 °C, unless otherwise specified

 

 

 

 

Table 6.

Dynamic

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

Parameter

 

 

 

Test conditions

Min

Typ

Max

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

(1)

Forward

 

V

DD

= 13 V; I = 1.5 A

5.0

S

transconductance

 

 

fs

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

COSS

Output capacitance

 

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

150

pF

Doc ID 018529 Rev 1

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