STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT14A1擴(kuò)展板是一款工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板，基于STM32 Nucleo的ISO808A-1。該板提供強(qiáng)大而靈活的環(huán)境來(lái)評(píng)估ISO808A-1八路高側(cè)智能功率固態(tài)繼電器。ISO808A-1在連接到1A工業(yè)負(fù)載的輸出模塊中具有嵌入式電流隔離和20MHz SPI控制接口。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT14A1擴(kuò)展板數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

STMicro X-NUCLEO-OUT14A1擴(kuò)展板通過(guò)GPIO引腳和Arduino?R3連接器直接連接STM32 NUCLEO上的微控制器。ISO808A-1可確保微控制器和工藝階段之間的電流隔離。

特性

基于ISO808A-1八路高側(cè)開(kāi)關(guān)，特性包括：
- 工作電壓范圍：9.2V至36V
- 低功耗（R~~ON（MAX）=~~ 260m?）
- 處理側(cè)工作電流：高達(dá)1.0A/通道
- 嵌入式2kV~~RMS~~ 電流隔離
- PGOOD（VCC電壓電平報(bào)警信號(hào)指示）
- 20MHz SPI帶菊花鏈功能
- 用于電感負(fù)載的快速衰減
- 欠壓鎖閉
- 過(guò)載和過(guò)熱保護(hù)
- 接地失效保護(hù)
- PowerSO36封裝
應(yīng)用板工藝側(cè)工作范圍10V（J10打開(kāi)）至33V（J9關(guān)閉）
處理側(cè)擴(kuò)展工作范圍：9.2V（J10關(guān)閉）至36V（J9打開(kāi)）
應(yīng)用板邏輯側(cè)工作電壓：3.3V至5V
綠色LED用于輸出開(kāi)/關(guān)狀態(tài)（J6和J7關(guān)閉1-2、3-4、5-6、7-8）
紅色LED用于常見(jiàn)過(guò)熱和通信錯(cuò)誤診斷（J3關(guān)閉1-2）
紅色LED用于PGOOD信號(hào)指示（J3關(guān)閉3-4）
黃色LED指示輸出使能狀態(tài)（J3關(guān)閉5-6）
處理側(cè)和邏輯側(cè)電源軌反極性保護(hù)
兼容STM32 Nucleo開(kāi)發(fā)板
配備Arduino? UNO R3連接器
符合RoHS指令和中國(guó)RoHS指令
通過(guò)CE認(rèn)證

概述

STM32工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板X(qián)-NUCLEO-OUT14A1技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述與技術(shù)定位

X-NUCLEO-OUT14A1是意法半導(dǎo)體推出的工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板，專(zhuān)為STM32 Nucleo生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該板卡基于ISO808A-1八路高邊智能功率固態(tài)繼電器，集成了電氣隔離與SPI控制接口，為驅(qū)動(dòng)1.0A工業(yè)負(fù)載提供了完整的評(píng)估解決方案。

?核心定位?：作為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域PLC（可編程邏輯控制器）系統(tǒng)的數(shù)字輸出模塊，特別適用于需要高可靠性和安全隔離的工業(yè)場(chǎng)景。

二、核心器件特性深度解析

1. ISO808A-1智能功率開(kāi)關(guān)主要參數(shù)

?工作電壓范圍?：9.2V至36V寬壓輸入
?導(dǎo)通電阻?：最大260mΩ，顯著降低功率損耗
?通道電流能力?：每通道最高1.0A持續(xù)輸出
?隔離等級(jí)?：內(nèi)置2k VRMS電氣隔離保障
?通信接口?：20MHz SPI支持菊花鏈拓?fù)?/li>
?保護(hù)機(jī)制?：集成欠壓鎖定、過(guò)載保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和接地丟失保護(hù)

2. 擴(kuò)展板關(guān)鍵電氣特性

?邏輯側(cè)工作電壓?：3.3V至5V兼容設(shè)計(jì)
?過(guò)程側(cè)工作電壓?：

基礎(chǔ)范圍：10V（J10開(kāi)路）至33V（J9閉合）
擴(kuò)展范圍：9.2V（J10閉合）至36V（J9開(kāi)路）

三、硬件架構(gòu)與接口設(shè)計(jì)

1. 電源管理架構(gòu)

?過(guò)程側(cè)電源?：通過(guò)D1（STPS1H100A）實(shí)現(xiàn)反向極性保護(hù)
?濾波設(shè)計(jì)?：C9（47μF）+C10（2.2μF）構(gòu)成LC濾波網(wǎng)絡(luò)
?瞬態(tài)抑制?：SM15T39CA提供過(guò)壓保護(hù)

2. 通信與控制接口

?SPI接口定義?：

SPI_CLK：時(shí)鐘信號(hào)（最高20MHz）
SPI_MOSI：主出從入
SPI_MISO：主入從出
SPI_SS：片選信號(hào)

?菊花鏈配置?：
通過(guò)J12、J13跳線實(shí)現(xiàn)多板卡級(jí)聯(lián)，支持構(gòu)建16通道數(shù)字輸出系統(tǒng)。

3. 狀態(tài)指示系統(tǒng)

?綠色LED?：輸出開(kāi)關(guān)狀態(tài)指示（J6、J7跳線控制）
?紅色LED?：公共過(guò)溫和通信錯(cuò)誤診斷（J3跳線控制）
?紅色LED?：PGOOD信號(hào)指示
?黃色LED?：輸出使能狀態(tài)指示

四、保護(hù)機(jī)制詳解

1. 電氣保護(hù)

?反向極性保護(hù)?：過(guò)程側(cè)和邏輯側(cè)電源均集成
?ESD保護(hù)?：ESDA15P60-1U1M和ESDA7P60-1U1M器件
?過(guò)壓保護(hù)?：SMBJ5.0A-TR提供5V鉗位保護(hù)

2. 熱管理與故障檢測(cè)

?過(guò)溫保護(hù)?：芯片內(nèi)置溫度傳感器
?PGOOD監(jiān)控?：VCC電壓電平報(bào)警信號(hào)
?快速衰減?：針對(duì)感性負(fù)載的優(yōu)化設(shè)計(jì)

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景與配置指南

1. PLC數(shù)字輸出模塊

適用于工業(yè)自動(dòng)化中的執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)、繼電器控制、電磁閥驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)景。建議配置：

工作電壓：選擇24V工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
負(fù)載類(lèi)型：阻性、感性負(fù)載均可
通信速率：根據(jù)實(shí)時(shí)性要求選擇SPI頻率

2. 多板卡擴(kuò)展配置

通過(guò)菊花鏈功能連接兩塊X-NUCLEO-OUT14A1，實(shí)現(xiàn)16通道統(tǒng)一控制。連接方式：

主板的SPI_MISO連接至第一從板的SPI_MOSI
第一從板的SPI_MISO連接至第二從板
所有板卡的SPI_CLK和SPI_SS并聯(lián)

3. 與STM32 Nucleo開(kāi)發(fā)板兼容性

?直接兼容?：NUCLEO-F401RE、NUCLEO-G431RB
?連接方式?：通過(guò)GPIO引腳和Arduino R3連接器

六、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1. 布局布線建議

?電源走線?：過(guò)程側(cè)大電流路徑需足夠?qū)挾?/li>
?地平面?：保持完整地平面以降低噪聲
?隔離邊界?：在電氣隔離兩側(cè)保持足夠的爬電距離

2. 散熱設(shè)計(jì)考量

?功率計(jì)算?：PD = I2 × RDS(on) × 通道數(shù)
?環(huán)境溫度?：考慮最高工作環(huán)境溫度
?散熱措施?：必要時(shí)應(yīng)添加散熱片或強(qiáng)制風(fēng)冷

七、開(kāi)發(fā)與調(diào)試支持

1. 軟件生態(tài)系統(tǒng)

?STM32Cube軟件擴(kuò)展?：X-CUBE-IPS驅(qū)動(dòng)包
?示例代碼?：提供完整配置和診斷例程
?調(diào)試接口?：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試工具連接

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