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PROFET™+ 12V
BTS5180-2EKA
Smart High-Side Power Switch
Dual Channel, 180mΩ
Data Sheet
Rev. 2.1, 2011-09-01
Automotive Power

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BTS5180-2EKA
Table of Contents
Table of Contents
1
2
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.3.1
4.3.2
5
5.1
5.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.4
5.5
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.6
7
7.1
7.2
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.3.1
7.3.3.2
7.3.3.3
7.3.4
7.3.5
7.3.6
7.4
8
8.1
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Pin Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Pin Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Pin Definitions and Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Voltage and Current Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
General Product Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Functional Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Thermal Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
PCB set up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Thermal Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Power Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Output ON-state Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Turn ON/OFF Characteristics with Resistive Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Inductive Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Output Clamping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Maximum Load Inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Inverse Current Capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Electrical Characteristics Power Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Loss of Ground Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Undervoltage Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Overvoltage Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Reverse Polarity Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Overload Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Current Limitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Temperature Limitation in the Power DMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Short Circuit Appearance with Channel in Parallel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Electrical Characteristics for the Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Diagnostic Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
IS Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
SENSE Signal in Different Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
SENSE Signal in the Nominal Current Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
SENSE Signal Variation as a Function of Temperature and Load Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
SENSE Signal Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
SENSE Signal in Open Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Open Load in ON Diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Open Load in OFF Diagnostic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Open Load Diagnostic Timing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
SENSE Signal with OUT in Short Circuit to VS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
SENSE Signal in Case of Overload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
SENSE Signal in Case of Inverse Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Electrical Characteristics Diagnostic Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Input Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Input Circuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Data Sheet
PROFET™+ 12V
2 Rev. 2.1, 2011-09-01

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BTS5180-2EKA
Table of Contents
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9
9.1
9.1.1
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9.1.4
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9.2.3
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9.2.6
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9.2.8
9.2.9
9.3
9.3.1
9.3.2
9.4
9.4.1
9.4.2
9.4.3
9.4.4
9.5
9.5.1
9.5.2
9.5.3
9.5.4
10
10.1
11
12
DEN / DSEL Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Input Pin Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Characterization Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
General Product Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Minimum Functional Supply Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Undervoltage Shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Current Consumption One Channel active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Current Consumption Two Channels active . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Standby Current for Whole Device with Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Power Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Output Voltage Drop Limitation at Low Load Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Drain to Source Clamp Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Slew Rate at Turn ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Slew Rate at Turn OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Turn ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Turn OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Turn ON / OFF matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Switch ON Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Switch OFF Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Protection Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Overload Condition in the Low Voltage Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Overload Condition in the High Voltage Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Diagnostic Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Current Sense at no Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Open Load Detection Threshold in ON State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Sense Signal Maximum Voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Sense Signal maximum Current . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Input Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Input Voltage Threshold ON to OFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Input Voltage Threshold OFF to ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Input Voltage Hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Input Current High Level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Application Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Further Application Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Package Outlines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Data Sheet
PROFET™+ 12V
3 Rev. 2.1, 2011-09-01

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Smart High-Side Power Switch
BTS5180-2EKA
1 Overview
Application
• Suitable for resistive, inductive and capacitive loads
• Replaces electromechanical relays, fuses and discrete circuits
• Most suitable for loads with high inrush current, such as lamps
Basic Features
• Two channel device
• Very low stand-by current
• 3.3 V and 5 V compatible logic inputs
• Electrostatic discharge protection (ESD)
• Optimized electromagnetic compatibility
• Logic ground independent from load ground
• Very low power DMOS leakage current in OFF state
• Green product (RoHS compliant)
• AEC qualified
PG-DSO-14-40 EP
Description
The BTS5180-2EKA is a 180 mΩ dual channel Smart High-Side Power Switch, embedded in a
PG-DSO-14-40 EP, Exposed Pad package, providing protective functions and diagnosis. The power transistor is
built by an N-channel vertical power MOSFET with charge pump. The device is integrated in Smart6 technology.
It is specially designed to drive lamps up to 1 * 5W, as well as LEDs in the harsh automotive environment.
Table 1 Product Summary
Parameter
Operating voltage range
Maximum supply voltage
Maximum ON state resistance at TJ = 150 °C per channel
Nominal load current (one channel active)
Nominal load current (both channels active)
Typical current sense ratio
Minimum current limitation
Maximum standby current with load at TJ = 25 °C
Symbol
VS(OP)
VS(LD)
RDS(ON)
IL(NOM)1
IL(NOM)2
kILIS
IL5(SC)
IS(OFF)
Value
5 V ... 28 V
41 V
360 mΩ
2A
1.5 A
550
8A
500 nA
Type
BTS5180-2EKA
Data Sheet
PROFET™+ 12V
Package
PG-DSO-14-40 EP
4
Marking
BTS5180-2EKA
Rev. 2.1, 2011-09-01

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Diagnostic Functions
• Proportional load current sense for both channels multiplexed
• Open load in ON and OFF
• Short circuit to battery and ground
• Overtemperature
• Stable diagnostic signal during short circuit
• Enhanced kILIS dependency with temperature and load current
Protection Functions
• Stable behavior during undervoltage
• Reverse polarity protection with external components
• Secure load turn-off during logic ground disconnect with external components
• Overtemperature protection with restart
• Overvoltage protection with external components
• Voltage dependent current limitation
• Enhanced short circuit operation
BTS5180-2EKA
Overview
Data Sheet
PROFET™+ 12V
5 Rev. 2.1, 2011-09-01