‌X-NUCLEO-OUT17A1工业数字输出扩展板技术解析与应用指南

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT17A1数字输出扩展板设计用于评估IPS8200HQ-1模块的驱动和诊断功能。该板通过STISO620和STISO621以及Arduino^®^ UNO R3连接器与STM32 Nucleo上的微控制器连接。IPS8200HQ-1的VCC 电源引脚由连接器CN1提供。负载可连接到连接器CN2、CN3、CN4、CN12和连接器CN1的引脚2之间。X-NUCLEO-OUT17A1板具有高达36V的扩展工作电压范围，符合RoHS指令。X-NUCLEO-OUT17A1板设有用于显示SPI模式选择的蓝色LED和用于故障、PGOOD和TWARN诊断引脚的红色LED。STSO620和STSO621可确保4kVPK电流隔离。该板通过CE认证，配有Arduino UNO R3连接器。X-NUCLEO-OUT17A1板与STM32 Nucleo开发板兼容。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT17A1数字输出扩展板数据手册.pdf

特性

• 基于IPS8200HQ-1模块：
  • 工作电压范围：10.5V至36V
  • 工作输出电流：≤ 1.0A
  • 低功耗RON (MAX) =200mΩ
  • 欠压锁定
  • 可选驱动模式并行或5MHz SPI（8位或16位）
  • 嵌入式降压转换器
  • 4x2 LED矩阵，用于高效状态指示
  • MCU冻结检测
  • 用于电感负载的快速衰减
  • 过载和过热保护
  • 接地失效保护
  • 结温过热和奇偶校验诊断引脚（FAULT）
  • 外壳过热诊断引脚（TWARN）
  • 电源电压电平诊断引脚（PGOOD）
  • 8mmx6mm QFN48L封装
• 应用板工作范围：12V至33V
• 扩展工作电压范围：高达36V（J9开路）
• 工作电流：每通道高达1.0A
• 蓝色LED，显示SPI模式选择
• 黄色LED，显示SPI模式16位选择
• 红色LED，用于故障诊断引脚（JP12关闭）
• 红色LED，用于PGOOD诊断引脚（JP13关闭）
• 用于TWARN诊断引脚的红色LED（JP27关闭）
• STSO620和STSO621确保4kVPK电流隔离
• 电源轨反向极性保护
• 兼容STM32核开发板
• 配备Arduino^®^ UNO R3连接器
• 通过CE认证
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令

示意图

‌X-NUCLEO-OUT17A1工业数字输出扩展板技术解析与应用指南‌

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‌一、核心芯片架构与特性‌

STMicroelectronics的X-NUCLEO-OUT17A1扩展板以‌IPS8200HQ-1八角高边开关‌为核心，具备以下关键特性：

• ‌宽电压工作范围‌：10.5V至36V，支持工业级负载驱动（最高1.0A/通道）
• ‌低功耗设计‌：最大导通电阻仅200mΩ，显著减少功率损耗
• ‌多重保护机制‌：集成欠压锁定、过载/过温保护、接地丢失保护及快速感性负载衰减
• ‌灵活通信接口‌：支持并行模式或5MHz SPI（8/16位可配置）
• ‌嵌入式诊断功能‌：通过FAULT、TWARN、PGOOD引脚实时监测芯片状态，支持故障预警（如结温超限、奇偶校验错误）

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‌二、硬件设计关键技术‌

‌1. 隔离与供电设计‌

• ‌4kVPK电气隔离‌：通过STISO620/621数字隔离器分离逻辑侧（MCU）与过程侧（工业负载），确保系统安全
• ‌双电源轨配置‌：
  • ‌ 逻辑侧（VISO_L） ‌：3.3V/5V，由CN13外接或CN6引脚（SW1切换）提供
  • ‌ 过程侧（VISO_P） ‌：由IPS8200HQ-1内置降压转换器生成（通过JP28选择3.3V/5V），或由CN14外接电源输入

‌2. 驱动模式配置‌

• ‌ 并行模式（默认） ‌：SEL2=L（JP21开路），通过CN5/CN8/CN9的INX引脚直接控制输出通道
• ‌SPI模式‌：SEL2=H（JP21闭合），用户可进一步选择：
  • ‌8位模式‌：SEL1=L（JP22开路）
  • ‌16位模式‌：SEL1=H（JP22闭合）

‌3. 诊断与指示系统‌

• ‌LED矩阵指示‌：
  • 绿色DO1-DO8：对应OUT1-OUT8通道开关状态
  • 红色D11-D13：分别对应TWARN（外壳过温）、PGOOD（电源正常）、FAULT（故障）诊断信号
• ‌MCU冻结检测‌：通过SW3闭合2-3引脚启用，由WDEN(in)信号触发保护

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‌三、典型应用场景与实践配置‌

‌ 1. 独立工作模式（无Nucleo板） ‌

• 需提供过程侧电压（通常24V至CN1）及VISO_L（通常3.3V至CN13）
• 默认并行模式下，INX信号（0V-VISO_L电平）直接控制输出通道

‌2. 堆叠扩展应用‌

• 通过Arduino UNO R3连接器实现多板级联，SPI模式下配置：
  • 主板：SW6、SW18闭合2-3
  • 从板：SW6、SW18闭合1-2

‌3. 工业负载驱动‌

• 负载连接至CN2/CN3/CN4/CN12与CN1引脚2之间
• 支持PLC（可编程逻辑控制器）、电机控制等场景，通过SPI协议实现精确的多通道同步控制

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‌四、设计注意事项‌

1. ‌电压兼容性‌：确保VCC（12-33V）、VISO_L（3.3V/5V）与负载需求匹配
2. ‌保护电路激活‌：默认闭合JP12/JP13/JP27以启用故障诊断LED指示
3. ‌SPI时序优化‌：在高速通信（5MHz）时，需严格遵循数据手册中的信号建立/保持时间

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‌五、技术优势总结‌

X-NUCLEO-OUT17A1通过‌高度集成的IPS8200HQ-1‌与‌隔离式架构‌，实现了：

• 工业级可靠性（通过CE、RoHS认证）
• 灵活的驱动模式与扩展能力
• 完善的诊断机制，降低系统维护成本

该扩展板为STM32 Nucleo生态系统提供了强有力的工业输出解决方案，适用于自动化控制、电力驱动等高性能场景