STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT04A1擴(kuò)展板是用于STM32 Nucleo的工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板。 該板提供了一個(gè)強(qiáng)大而靈活的環(huán)境，用于評(píng)估IPS2050H-32模塊（雙通道高側(cè)智能電源固態(tài)繼電器）的驅(qū)動(dòng)和診斷功能。 X-NUCLEO-OUT04A1通過由GPIO引腳驅(qū)動(dòng)的5kV光耦合器、Arduino UNO R3和ST morpho連接器與 STM32 Nucleo上的微控制器連接。該擴(kuò)展板可連接到NUCLEO-F401RE或NUCLEO-G431RB開發(fā)板。 還可以評(píng)估由多達(dá)四個(gè)堆疊X-NUCLEO-OUT04A1擴(kuò)展板組成的系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)手冊(cè)；*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT04A1擴(kuò)展板數(shù)據(jù)手冊(cè).pdf

特性

• 應(yīng)用板工作范圍：8V至33V/0至5.7A
• 擴(kuò)展工作電壓范圍（J3開路）：高達(dá)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(hù)
• EMC符合IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3和IEC 61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)
• 兼容STM32 Nucleo開發(fā)板
• 配有Arduino UNO R3連接器
• 通過CE認(rèn)證
• 符合RoHS指令和中國(guó)RoHS指令

原理圖

基于STM32的工業(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?

X-NUCLEO-OUT04A1是STMicroelectronics推出的一款工業(yè)數(shù)字輸出擴(kuò)展板，該板卡基于IPS2050H-32雙高邊智能功率固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)，專為STM32 Nucleo開發(fā)板提供工業(yè)級(jí)輸出解決方案。擴(kuò)展板主要面向可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)自動(dòng)化控制等應(yīng)用場(chǎng)景。

?二、核心技術(shù)特性?

1. ?功率開關(guān)器件?
   • 核心器件采用IPS2050H-32雙高邊開關(guān)
   • 工作電壓范圍：8-33V（標(biāo)準(zhǔn)模式），最高可擴(kuò)展至60V（J3斷開時(shí)）
   • 輸出電流能力：最大5.7A
   • 導(dǎo)通電阻：最大50mΩ，實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行
2. ?保護(hù)與診斷功能?
   • 具備欠壓鎖定保護(hù)
   • 每通道獨(dú)立的過載和過溫保護(hù)
   • 紅色LED指示通道診斷狀態(tài)（過載和過熱）
   • 綠色LED顯示輸出開關(guān)狀態(tài)
3. ?電氣安全特性?
   • 提供5kV光電隔離
   • 電源反極性保護(hù)
   • EMC符合IEC61000-4-2/3/5標(biāo)準(zhǔn)
   • 支持感性負(fù)載快速衰減，容性負(fù)載智能驅(qū)動(dòng)

?三、硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)?

1. ?接口兼容性?
   • 默認(rèn)配置Arduino UNO R3連接器
   • 可選ST morpho連接器（需額外安裝）
   • 兼容NUCLEO-F401RE和NUCLEO-G431RB開發(fā)板
2. ?擴(kuò)展能力?
   • 最多支持4塊X-NUCLEO-OUT04A1板卡堆疊
   • 8通道數(shù)字輸出模塊，每通道最大5.7A驅(qū)動(dòng)能力
3. ?電源設(shè)計(jì)?
   • 主電源輸入：8-60V（通過J3選擇）
   • Nucleo備用電源：7-12V（通過J4連接）
   • 模擬電源獨(dú)立供電設(shè)計(jì)

?四、應(yīng)用配置方案?

1. ?標(biāo)準(zhǔn)工作模式?
   • J3默認(rèn)斷開，支持?jǐn)U展電壓范圍至60V
   • J4默認(rèn)斷開，提供備用電源接口
   • J5、J6默認(rèn)閉合，配置輸入信號(hào)路徑
2. ?保護(hù)電路配置?
   • 每通道配備TVS二極管（SM15T39CA）
   • 濾波電容網(wǎng)絡(luò)：100nF/100V + 470nF + 47nF + 0.47nF
   • ESD保護(hù)器件ESDA15P60-1U1M

?五、開發(fā)調(diào)試支持?

1. ?狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)?
   • 提供TP1-TP5測(cè)試點(diǎn)
   • IN1/IN2輸入信號(hào)監(jiān)測(cè)
   • FLT1/FLT2故障信號(hào)監(jiān)測(cè)
2. ?跳線配置選項(xiàng)?
   • J3/J4：工作電壓范圍選擇
   • J5-J8：信號(hào)路徑配置
   • J9-J14：功能使能控制

?六、典型應(yīng)用場(chǎng)景?

1. ?工業(yè)PLC輸出模塊?
   • 可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器等工業(yè)負(fù)載
   • 滿足工業(yè)環(huán)境EMC要求
2. ?電機(jī)控制應(yīng)用?
   • 支持感性負(fù)載快速關(guān)斷
   • 完善的過流過熱保護(hù)
3. ?多通道擴(kuò)展系統(tǒng)?
   • 通過堆疊實(shí)現(xiàn)8通道高功率輸出
   • 模塊化設(shè)計(jì)便于系統(tǒng)集成

?七、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)?

1. ?散熱管理?
   • 大電流應(yīng)用需確保足夠的散熱措施
   • 監(jiān)控過溫保護(hù)狀態(tài)
2. ?PCB布局建議?
   • 功率走線寬度滿足電流承載要求
   • 信號(hào)與功率地分離設(shè)計(jì)
3. ?軟件配置要點(diǎn)?
   • GPIO引腳需正確配置為推挽輸出模式
   • 故障信號(hào)應(yīng)設(shè)置為中斷輸入模式