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this is information on a product in full production. september 2014 docid026724 rev 1 1/35 RL9958 low r dson spi controlled h-bridge datasheet - production data features ? programmable current regulation peak threshold by spi up to 8.6 a typ. ? operating battery supply voltage 4.0 v to 28 v ? operating v dd supply voltage 4.5 v to 5.5 v ? all pins withstand 19 v, vs and output pins withstand 40 v ? full path r on from 100 m (at t j = -40 c) to 300 m (at t j =150 c) ? logic inputs ttl/cmos-compatible ? operating frequency up to 20 khz ? 16-bit spi interface for configuration/diagnostics, daisy chain capability ? over temperature and short circuit protection ? v s undervoltage disable function ? v dd undervoltage and overvoltage protection ? v dd overvoltage detection ? open-load detection in on condition ? full diagnostics in off state ? enable and disable input ? low stand by current (<10 a) ? voltage and current slew-rate control for low emi, programmable through spi ? aerospace and defense features ? dedicated traceability and part marking ? production parts approval documents available ? adapted extended life time and obsolescence management ? extended product change notification process ? designed and manufactured to meet sub ppm quality goals ? advanced mold and frame designs for superior resilience to harsh environment (acceleration, emi, thermal, humidity) ? single fabrication, assembly and test site ? dual internal production source capability application all types of resistive, inductive and capacitive loads in aerospace and defense applications. description the RL9958 is an spi controlled h-bridge, designed for the control of dc and stepper motors in safety critical applications and under extreme environmental conditions. the h-bridge is protected against over temperature, short circuits and has an undervoltage lockout for all the supply voltages v s and v dd , and for overvoltage on v dd . all malfunctions cause the output stages to go tristate. detailed failure diagnostics on each channel is provided via spi: short circuit to battery, short circuit to ground, short circuit overload, over temperature. open-load can be detected in on condition, for the widest application ranges. current regulation threshold can be set by spi from 2.5 a to 8.6 a (typ.), in 4 steps. guaranteed accuracy is 10 % on all temp range, using an external reference resistor with 1% accuracy over all temp range. current limitation threshold is linearly reduced by temperature over 165 c.and a thermal warning bit is set by spi. the h-bridge contains integrated free-wheel diodes. in case of free-wheeling condition, the low side transistor is switched on in parallel of its diode to reduce power dissipation. a multiple wire bonding technique, as well as st proprietary package design is making RL9958 compatible with several power packages, for maximum flexibility: powerso-20 package (medium power, jedec standard mo166. powerso-20 ' ! 0 ' 0 3 www.st.com
contents RL9958 2/35 docid026724 rev 1 contents 1 block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 pins description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 pins function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3 device description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.1 supply range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.2 control inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.2.1 di and en inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3.2.2 dir and pwm inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.3 serial peripheral interface (spi) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.3.1 daisy chain operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.4 spi timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.5 spi communication failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.6 5 v and 3.3 v output compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 current regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.1 temperature-dependent current regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.2 current regulation with low-inductive loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 4.3 slew rate control in case of current limitation on low-side . . . . . . . . . . . . 15 5 diagnostics and protections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 5.1 diagnosis reset strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 5.1.1 reset requests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 5.1.2 diagnosis reset bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 5.2 protection and on state diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.1 over-current on high-side - short to ground . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.2 over-current on low-side - short to vs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.3 short circuit over-load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.4 open load in on state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5.2.5 over-temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2.6 vs under-voltage shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2.7 vdd over-voltage detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 docid026724 rev 1 3/35 RL9958 contents 3 5.2.8 vdd under-voltage detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.2.9 output short protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.3 off-state diagnosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.3.1 off-state detection scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.3.2 open load detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.4 h-bridge functional status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6 electrical specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.1 absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.2 thermal data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6.3 range of functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.4 electrical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.4.1 device supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.4.2 device supply monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 6.4.3 spi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 6.4.4 digital inputs: ttl // 3.3v / 5v cmos compatible . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.4.5 bridge output drivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 6.4.6 over-temperature monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6.4.7 current limitation and over-current detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6.4.8 diagnostic of open-load in on-state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6.4.9 off-state diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 6.4.10 timing characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 7 application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 8 order codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 9 package information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 10 revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 list of tables RL9958 4/35 docid026724 rev 1 list of tables table 1. powerso-20 pin function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 table 2. control pins en, di . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 table 3. control pins dir, pwm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 table 4. configuration protocol (cfg_reg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 table 5. diagnosis protocol (dia_reg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 table 6. current limitation programmability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 table 7. slew rate control on low side mos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 table 8. diagnosis reset strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 table 9. over-temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 table 10. vs under-voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 table 11. vdd over-voltage detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 table 12. absolute maximum ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 table 13. thermal data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 table 14. range of functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 table 15. device supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 table 16. device supply monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 table 17. spi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 table 18. digital inputs: ttl // 3.3v / 5v cmos compatible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 table 19. bridge output drivers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 table 20. over-temperature monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 table 21. current limitation and over-current detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 table 22. diagnostic of open-load in on-state . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 table 23. off-state diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 table 24. timing characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 table 25. ordering information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 table 26. document revision history. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 docid026724 rev 1 5/35 RL9958 list of figures 5 list of figures figure 1. block diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 figure 2. pin connection (top view) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 figure 3. h-bridge configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 figure 4. spi protocol structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 figure 5. fsi bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 figure 6. daisy chain topology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 figure 7. spi timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 figure 8. spi zero clock communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 figure 9. current limitation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 figure 10. temperature dependent current regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 figure 11. current regulation with different loads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 figure 12. slew rate switching strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 figure 13. diagnostics for scb / scol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 figure 14. open load in on state - low-side current recirculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 figure 15. battery voltage monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 figure 16. off-state detection scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 17. open load detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 figure 18. off-state diagnostic principle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 figure 19. thermal impedance (junction-ambient) of power packages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 figure 20. application circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 figure 21. powerso-20 mechanical data and package dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 block diagram RL9958 6/35 docid026724 rev 1 1 block diagram figure 1. block diagram / 5 4 / 5 4 9 6 ' . $ ' ! 4 % $ 2 ) 6 % 2 # h a r g e 0 u m p 6 3 5 n d e r v o l t a g e 6 $ $ 5 n d e r / v e r v o l t a g e # o n t r o l , o g i c 3 0 ) 2 e f e r e n c e c u r r e n t g e n e r a t o r 3 / 3 ) # 3 3 # + 6 $ $ ) / % . $ ) 0 7 - $ ) 2 6 $ $ 2 % 8 4 / v e r t e m p e r a t u r e # u r r e n t , i m i t a t i o n # u r r e n t - o n i t o r & |