STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT05A1擴(kuò)展板用于評(píng)估IPS1025H的驅(qū)動(dòng)和診斷功能。IPS1025H是一款單通道高側(cè)智能電源固態(tài)繼電器，采用數(shù)字輸出模塊（連接2.5A工業(yè)負(fù)載）。X-NUCLEO-OUT05A1通過(guò)5kV光耦合器與STM32 Nucleo上的微控制器連接，由GPIO引腳和Arduino R3連接器驅(qū)動(dòng)。該擴(kuò)展板可連接NUCLEO-F401RE或NUCLEO-G431RB開發(fā)板。

數(shù)據(jù)手冊(cè)：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT05A1擴(kuò)展板數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

特性

• 基于IPS1025H單通道高側(cè)開關(guān)，具有以下特性
  • 工作電壓范圍：高達(dá)60V
  • 低功耗 (RON(MAX) =25m?)
  • 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(guò)載和過(guò)熱保護(hù)
  • PSSO24封裝
• 應(yīng)用板工作范圍：8V至33V / 0至2.5A
• 擴(kuò)展工作電壓范圍（J3開路）：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(guò)載和過(guò)熱診斷的紅色LED
• 5kV電隔離
• 電源軌反向極性保護(hù)
• EMC符合IEC61000-4-2、IEC61000-4-3、IEC61000-4-4、IEC61000-4-5、IEC61000-4-8等標(biāo)準(zhǔn)
• 兼容STM32 Nucleo開發(fā)板
• 配有Arduino UNO R3連接器
• 通過(guò)CE認(rèn)證
  • EN 55032:2015 + A1:2020
  • EN 55035:2017 + A11:2020
• 符合RoHS指令和中國(guó)RoHS指令

示意圖

?STM32工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板X-NUCLEO-OUT05A1技術(shù)解析與應(yīng)用指南?

一、核心器件與架構(gòu)設(shè)計(jì)

X-NUCLEO-OUT05A1是STMicroelectronics推出的工業(yè)級(jí)數(shù)字輸出擴(kuò)展板，其核心基于IPS1025H高邊智能功率固態(tài)繼電器。該方案具備以下架構(gòu)特性：

• ?功率核心?：采用IPS1025H單路高邊開關(guān)，支持8-60V寬電壓輸入范圍，最大導(dǎo)通電阻僅25mΩ
• ?隔離保護(hù)?：通過(guò)5kV光耦隔離實(shí)現(xiàn)控制端與功率端的電氣隔離
• ?連接兼容性?：配備Arduino UNO R3連接器，可直接與NUCLEO-F401RE/G431RB開發(fā)板對(duì)接
• ?擴(kuò)展能力?：支持最多4塊擴(kuò)展板堆疊，實(shí)現(xiàn)四通道數(shù)字輸出模塊評(píng)估

二、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)詳解

2.1 功率特性參數(shù)

• ?工作電壓范圍?：基礎(chǔ)模式8-33V，通過(guò)開放J3跳線可擴(kuò)展至60V
• ?輸出電流能力?：持續(xù)工作電流0-2.5A，適用于工業(yè)負(fù)載驅(qū)動(dòng)
• ?功率耗散?：低導(dǎo)通電阻設(shè)計(jì)（最大25mΩ）顯著降低開關(guān)損耗
• ?保護(hù)機(jī)制?：集成欠壓鎖定、過(guò)載保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)三重防護(hù)

2.2 接口與診斷功能

• ?狀態(tài)指示?：綠色LED顯示輸出開關(guān)狀態(tài)
• ?故障診斷?：紅色LED分別指示過(guò)載和過(guò)熱故障
• ?靈活配置?：通過(guò)SW1-SW4撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)信號(hào)路徑切換
• ?檢測(cè)引腳?：FLT1/FLT2故障信號(hào)輸出，支持實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)控

三、電磁兼容與安全認(rèn)證

該擴(kuò)展板全面符合工業(yè)環(huán)境電磁兼容要求：

• ?EMS抗擾度?：通過(guò)IEC61000-4-2/3/4/5/8系列標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試
• ?輻射發(fā)射?：滿足EN 55032:2015+A1:2020 Class B限值
• ?免疫特性?：符合EN 55035:2017+A11:2020標(biāo)準(zhǔn)
• ?安規(guī)認(rèn)證?：獲得CE標(biāo)志，符合RoHS及中國(guó)RoHS環(huán)保要求

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景分析

4.1 可編程邏輯控制器（PLC）輸出模塊

• 利用IPS1025H的快速衰減特性，可直接驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載
• 智能電容負(fù)載驅(qū)動(dòng)技術(shù)確保開關(guān)過(guò)程穩(wěn)定性
• 4板堆疊方案可實(shí)現(xiàn)16路數(shù)字輸出，滿足中型控制系統(tǒng)需求

4.2 工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備

• 2.5A輸出能力適用于電磁閥、小型電機(jī)等執(zhí)行器件
• 反極性保護(hù)電路（D1 STPS1H100A）防止接線錯(cuò)誤損壞
• 瞬態(tài)電壓抑制（SM15T39CA）確保在惡劣電氣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行

五、硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 電源設(shè)計(jì)

• 模擬電源輸入路徑配置C6(100μF)+C10(2.2μF)濾波網(wǎng)絡(luò)
• 備用電源接口（J2）支持系統(tǒng)冗余供電
• 負(fù)載端TVS管（TR2 ESDA15P60-1U1M）提供過(guò)壓保護(hù)

5.2 信號(hào)調(diào)理電路

• 光耦隔離電路（TLP383）實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)安全傳輸
• 配置多個(gè)測(cè)試點(diǎn)（TP1-TP5）便于系統(tǒng)調(diào)試測(cè)量

六、軟件生態(tài)集成

作為STM32Cube生態(tài)系統(tǒng)組成部分，該板卡支持：

• ?X-CUBE-OUT5?軟件包提供完整驅(qū)動(dòng)程序
• 兼容STM32CubeMX工具，支持圖形化配置
• 提供評(píng)估例程，加速工業(yè)數(shù)字輸出應(yīng)用開發(fā)

七、實(shí)踐應(yīng)用建議

1. ?散熱管理?：滿負(fù)荷2.5A輸出時(shí)需確保良好通風(fēng)散熱
2. ?布線規(guī)范?：大電流路徑應(yīng)使用足夠線徑的電纜連接
3. ?接地策略?：正確連接保護(hù)地（TP4 EARTH）增強(qiáng)系統(tǒng)安全性
4. ?診斷利用?：充分利用FLT故障輸出實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)