STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1擴(kuò)展板提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的環(huán)境，用于評(píng)估IPS1025HF開關(guān)IC的驅(qū)動(dòng)和診斷功能。IPS1025HF是一款單通道高側(cè)開關(guān)IC，能夠驅(qū)動(dòng)一側(cè)接地的電容、電阻或 電感負(fù)載。IPS1025HF具有8V至60V寬工作電壓范圍、12mΩ低導(dǎo)通電阻以及啟動(dòng)時(shí)<85μs的傳播延遲時(shí)間。得益于以上特性，該器件非常適合用于實(shí)施適當(dāng)架構(gòu)以滿足更高SIL電平要求的應(yīng)用。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1擴(kuò)展板數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1擴(kuò)展板包括Arduino? UNO R3連接器。該擴(kuò)展板 設(shè)計(jì)用于搭配STM32 Nucleo開發(fā)板使用，例如NUCLEO-F401RE或 NUCLEO-G431RB。X-NUCLEO-OUT05A1擴(kuò)展板基于IPS1025H高側(cè) 開關(guān)IC，也可添加到系統(tǒng)評(píng)估中。

通過主電源軌為X-NUCLEO-OUT05A1供電，以及通過X-NUCLEO-OUT05A1輸出為X-NUCLEO-OUT15A1供電，從而為安全系統(tǒng)創(chuàng)建單通道數(shù)字輸出的典型架構(gòu)。兩個(gè)擴(kuò)展板的工藝級(jí)可生成級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。連接到X-NUCLEO-OUT15A1輸出的負(fù)載只能在兩個(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)正常工作時(shí)才能提供。

特性

• 基于IPS1025HF單通道高側(cè)開關(guān)
  • 工作電壓范圍：高達(dá)60V
  • 低功耗 (RDS(ON) = 25m?（最大值）
  • 啟動(dòng)時(shí)傳播延遲<60μs
  • 用于電感負(fù)載的快速衰減
  • 智能驅(qū)動(dòng)電容負(fù)載
  • 欠壓鎖定
  • 過載和過熱保護(hù)
  • PowerSSO-24封裝
• 工作電壓范圍：8V至33V，0A至2.5A
• 擴(kuò)展工作電壓范圍：高達(dá)60V
• 用于指示輸出開/關(guān)狀態(tài)的綠色LED
• 用于指示過載和過熱診斷的紅色LED
• 輸出電壓開/關(guān)狀態(tài)反饋
• 控制信號(hào)，用于輸出電壓的快速放電
• 外部快速放電電路，用于大電感負(fù)載
• 5kV電隔離
• 電源軌反向極性保護(hù)

板布局

X-NUCLEO-OUT15A1工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品概述與核心特性

?X-NUCLEO-OUT15A1?是意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出的一款工業(yè)級(jí)數(shù)字輸出擴(kuò)展板，專為STM32 Nucleo生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該板卡基于IPS1025HF高性能智能功率開關(guān)，為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了可靠的2.5A負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。

核心特性亮點(diǎn)

• ?高性能智能開關(guān)?：采用IPS1025HF單路高端開關(guān)，具備：
  • 工作電壓范圍高達(dá)60V
  • 極低功率損耗（最大導(dǎo)通電阻僅25mΩ）
  • 啟動(dòng)傳播延遲小于60μs
  • 集成電感負(fù)載快速衰減功能
  • 容性負(fù)載智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)
• ?完善的保護(hù)機(jī)制?：
  • 欠壓鎖定保護(hù)
  • 過載與過溫保護(hù)
  • 電源反極性保護(hù)
  • 5kV電氣隔離

二、硬件架構(gòu)深度解析

電源管理系統(tǒng)

• ?寬電壓輸入范圍?：標(biāo)準(zhǔn)工作電壓8-33V，通過跳線配置可擴(kuò)展至60V
• ?雙電源架構(gòu)?：支持7-12V Nucleo輔助供電
• ?濾波網(wǎng)絡(luò)?：采用多級(jí)電容濾波（C6 100μF + C10 2.2μF）
• ?瞬態(tài)電壓抑制?：集成SM15T系列TVS二極管提供浪涌保護(hù)

信號(hào)隔離與接口設(shè)計(jì)

• ?光電隔離?：采用TLP383系列光耦實(shí)現(xiàn)5kV電氣隔離
• ?狀態(tài)反饋?：輸出電壓狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（J11關(guān)閉1-2）
• ?快速放電控制?：專用控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)輸出電壓快速放電（J11關(guān)閉5-6，J12關(guān)閉）

診斷功能實(shí)現(xiàn)

• ?雙重診斷指示?：紅色LED分別指示過載和過熱故障
• ?狀態(tài)可視化?：綠色LED顯示輸出開關(guān)狀態(tài)
• ?故障信號(hào)隔離?：通過SW2和SW4跳線配置診斷功能

三、IPS1025HF智能功率開關(guān)技術(shù)剖析

電氣參數(shù)優(yōu)勢(shì)

• ?低導(dǎo)通損耗?：25mΩ的最大導(dǎo)通電阻確保高效率運(yùn)行
• ?快速響應(yīng)?：60μs內(nèi)的啟動(dòng)傳播延遲滿足實(shí)時(shí)控制需求
• ?智能驅(qū)動(dòng)?：專利的容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)算法避免沖擊電流

保護(hù)功能集成

• ?熱保護(hù)?：內(nèi)置溫度傳感器，過溫時(shí)自動(dòng)關(guān)斷
• ?電氣保護(hù)?：集成過流、短路、欠壓保護(hù)
• ?軟啟動(dòng)?：減少開關(guān)瞬間的電流沖擊

四、系統(tǒng)集成與開發(fā)環(huán)境

硬件兼容性

• ?STM32 Nucleo支持?：完全兼容NUCLEO-F401RE和NUCLEO-G431RB開發(fā)板
• ?Arduino生態(tài)?：配備UNO R3標(biāo)準(zhǔn)連接器
• ?堆疊擴(kuò)展?：支持與X-NUCLEO-OUT05A1擴(kuò)展板級(jí)聯(lián)使用

軟件支持

• ?STM32Cube集成?：提供完整的軟件擴(kuò)展包（X-CUBE-IPS）
• ?驅(qū)動(dòng)庫?：包含完善的IPS器件驅(qū)動(dòng)程序
• ?應(yīng)用示例?：提供典型工業(yè)應(yīng)用的參考代碼

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景

可編程邏輯控制器（PLC）

• 數(shù)字輸出模塊的精確控制
• 工業(yè)負(fù)載的可靠驅(qū)動(dòng)
• 實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控與診斷

安全系統(tǒng)架構(gòu)

通過X-NUCLEO-OUT05A1與X-NUCLEO-OUT15A1級(jí)聯(lián)：

• ?冗余設(shè)計(jì)?：雙級(jí)聯(lián)系統(tǒng)確保安全性
• ?條件供電?：僅當(dāng)兩級(jí)系統(tǒng)均正常工作時(shí)才供電
• ?故障隔離?：?jiǎn)吸c(diǎn)故障不影響整體系統(tǒng)運(yùn)行

工業(yè)自動(dòng)化

• 電機(jī)控制
• 電磁閥驅(qū)動(dòng)
• 繼電器控制

六、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與最佳實(shí)踐

跳線配置指南

• ?J3跳線?：默認(rèn)關(guān)閉，打開可擴(kuò)展電壓至60V
• ?J11跳線?：
  • 位置1-2：輸出電壓狀態(tài)反饋
  • 位置3-4：輸出開關(guān)狀態(tài)LED
  • 位置5-6：快速放電控制
  • 位置7-8：大電感負(fù)載外部快速放電電路

散熱設(shè)計(jì)考慮

• ?功率耗散計(jì)算?：基于RDS(ON)和負(fù)載電流
• ?環(huán)境溫度?：考慮實(shí)際工作環(huán)境的溫度影響
• ?降額使用?：建議在實(shí)際最大電流的80%范圍內(nèi)使用

布線與接地

• ?信號(hào)隔離?：確保光耦兩側(cè)的電氣隔離完整性
• ?接地策略?：采用單點(diǎn)接地，避免地環(huán)路干擾
• ?電源去耦?：嚴(yán)格按照手冊(cè)建議布置去耦電容