STMicroelectronics STEVAL-IFP043V1擴展板提供一個強大靈活的環(huán)境，用于演示IPS2050H雙通道高側(cè)智能電源固態(tài)繼電器。IPS2050H非常適合用于評估連接2.5A（最大值）工業(yè)負載的數(shù)字輸出模塊。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：STMicroelectronics STEVAL-IFP043V1擴展板數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 基于IPS2050H雙通道高側(cè)開關(guān)，具有以下特性：
  • 工作電壓范圍：高達60V/2.5A
  • 低功耗 (R ON(MAX) =50m?)
  • 用于電感負載的快速衰減
  • 智能驅(qū)動電容負載
  • 欠壓鎖定
  • 每通道過載和過熱保護
  • QFN48L 8mm x 6mm封裝
• 應(yīng)用板工作范圍：8V至33V/0A至2.5A
• 擴展工作電壓范圍（J3開路）：高達60V
• 綠色LED，用于輸出開/關(guān)狀態(tài)
• 紅色LED，用于每通道診斷（過載和過熱）
• 5kV電隔離
• 電源軌反向極性保護
• 兼容STM32 Nucleo開發(fā)板
• 配有Arduino UNO R3連接器
• 通過CE認證
• 符合RoHS指令和中國RoHS指令
• 未批準FCC轉(zhuǎn)售

布局

基于STEVAL-IFP043V1工業(yè)數(shù)字輸出擴展板的技術(shù)解析與應(yīng)用設(shè)計?

一、核心器件與架構(gòu)設(shè)計

1. IPS2050H智能功率芯片特性

STEVAL-IFP043V1擴展板的核心是IPS2050H雙高端智能功率固態(tài)繼電器，其關(guān)鍵參數(shù)包括：

• ?工作范圍?：最高60V/2.5A的輸出能力，導(dǎo)通電阻最大值僅50mΩ
• ?保護機制?：單通道獨立過載與過熱保護，集成欠壓鎖定功能
• ?負載適配?：支持感性負載快速衰減、容性負載智能驅(qū)動
• ?封裝工藝?：QFN48L 8×6 mm緊湊封裝，滿足工業(yè)環(huán)境空間約束

2. 板級系統(tǒng)架構(gòu)

擴展板通過多重接口實現(xiàn)靈活配置：

• ?電氣隔離?：5kV光耦隔離確保信號完整性
• ?供電設(shè)計?：主工作電壓8-33V，通過J3跳線可擴展至60V
• ?接口兼容?：
  • 標準Arduino UNO R3連接器
  • STM32 Nucleo開發(fā)板兼容（支持NUCLEO-F401RE/G431RB）
  • 可選ST morpho連接器（默認未焊接）

二、電路設(shè)計關(guān)鍵解析

1. 功率輸出路徑設(shè)計

從原理圖可見（圖1）：

• ?輸出通道?：OUT1/OUT2通過CN1連接器引出，配備反極性保護二極管STPS1H100A
• ?濾波網(wǎng)絡(luò)?：每路輸出配置C6（2.2μF/100V）與C13（100μF）構(gòu)成多級濾波
• ?瞬態(tài)防護?：采用SM15T39CA瞬態(tài)電壓抑制二極管應(yīng)對高壓浪涌

2. 控制與診斷電路

• ?狀態(tài)指示?：綠色LED顯示輸出狀態(tài)，紅色LED提供故障診斷（過載/過熱）
• ?光耦隔離?：ISO1-ISO4實現(xiàn)GPIO信號與功率級的電氣隔離
• ?配置跳線?：J5-J8用于設(shè)置默認開關(guān)狀態(tài)，J3/J4支持工作電壓范圍擴展

三、軟件生態(tài)與系統(tǒng)集成

1. STM32Cube生態(tài)集成

• ?驅(qū)動支持?：X-CUBE-IPS軟件擴展包提供完整驅(qū)動庫
• ?配置工具?：圖形化界面簡化IPS2050H參數(shù)配置
• ?診斷功能?：實時監(jiān)控FLT1/FLT2故障信號，支持快速故障排查

2. 多板級聯(lián)能力

系統(tǒng)支持最多4塊擴展板堆疊，構(gòu)建8通道數(shù)字輸出系統(tǒng)：

• ?地址分配?：通過CN9連接器的IN1/IN2、FLT1/FLT2信號實現(xiàn)通道尋址
• ?功率擴展?：每通道保持2.5A獨立輸出能力，總輸出功率顯著提升

四、工業(yè)應(yīng)用場景驗證

1. PLC數(shù)字輸出模塊

• ?直接驅(qū)動?：兼容程序化邏輯控制器的標準數(shù)字輸出需求
• ?診斷反饋?：紅色LED與FLT信號為系統(tǒng)維護提供可視化指示
• ?環(huán)境適應(yīng)?：-40°C至+125°C工業(yè)溫度范圍保障可靠性

2. 安全認證與合規(guī)性

• ?行業(yè)認證?：CE認證確保歐盟市場準入
• ?環(huán)保標準?：符合RoHS與中國RoHS指令
• ?限制說明?：未獲得FCC認證，禁止在美國市場直接銷售

五、典型應(yīng)用電路配置

以單通道驅(qū)動感性負載為例：

1. ?跳線設(shè)置?：J3保持開路（擴展電壓范圍），J5/J6默認閉合
2. ?負載連接?：CN1的OUT1與GND之間接入直流電機
3. ?控制信號?：通過Arduino連接器CN8的IN1引腳輸入PWM信號
4. ?監(jiān)測點?：TP1測試輸入邏輯電平，TP3監(jiān)測輸出電流波形