STEVAL-IFP048V1 工业数字输出扩展板技术解析与应用

STMicroelectronics STEVAL-IFP048V1工业数字输出扩展板基于ISO808A-1，与STM32 Nucleo兼容。它提供了一个强大、灵活的环境，用于评估ISO808A-1八通道高侧智能电源固态继电器的驱动和诊断功能，具有嵌入式电流隔离和20MHz SPI控制接口，在连接1.0A工业负载的数字输出模块中。

数据手册：*附件：STMicroelectronics STEVAL-IFP048V1数字输出扩展板数据手册.pdf

特性

• 基于ISO808A-1八路高侧开关，特性包括：
  • 工作范围：9.2V至36V
  • 低功耗 (RON(MAX) = 260mΩ)
  • 处理侧工作电流：每通道高达1.0A
  • 嵌入式2.5kVRMS电流隔离
  • PGOOD（VCC电压电平报警信号）
  • 20MHz SPI带菊花链功能
  • 用于电感负载的快速衰减
  • 欠压锁定
  • 过载和过热保护
  • 接地失效保护
  • TFQFPN32封装
• 应用板处理侧工作范围：10V（J10打开）至33V（J9关闭）
• 处理侧扩展工作范围为9.2V（J10关闭）至36V（J9打开）
• 应用板逻辑侧工作电压：3.3V至5V
• 用于输出开/关状态的绿色LED（J6和J7关闭1-2、3-4、5-6、7-8）
• 用于常见过热和通信错误诊断的红色LED（J3关闭1-2）
• 红色LED用于PGOOD信号（J3闭合3-4）
• 黄色LED指示输出使能状态（J3关闭5-6）
• 处理侧和逻辑侧电源轨反极性保护
• 兼容STM32 Nucleo开发板
• 配备Arduino® UNO R3连接器
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令
• 通过CE认证

示意图

STEVAL-IFP048V1 工业数字输出扩展板技术解析与应用‌

‌一、产品概述‌

STEVAL-IFP048V1 是意法半导体推出的工业数字输出扩展板，基于 ISO808A-1 八路高边开关设计，集成 SPI 接口与 2.5 kVRMS 隔离功能，适用于工业负载驱动和数字输出模块开发。其核心特性包括：

• ‌宽电压操作范围‌：逻辑侧 3.3–5 V，过程侧 9.2–36 V（通过跳线配置扩展）
• ‌低导通电阻‌：每通道最大 260 mΩ，支持 1.0 A 持续电流
• ‌多重保护机制‌：过载、过温、失地保护及反极性保护
• ‌兼容性强‌：支持 STM32 Nucleo 开发板（如 NUCLEO-F401RE/G431RB）及 Arduino UNO R3 接口

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‌二、核心芯片与电气特性‌

1. ‌ISO808A-1 高边开关‌

• ‌通道结构‌：8 路独立高边驱动，每通道集成快速衰减电路，支持感性负载
• ‌通信接口‌：20 MHz SPI，支持菊花链模式扩展至 16 通道
• ‌隔离能力‌：嵌入式 2.5 kVRMS 隔离，确保微控制器与工业现场电气隔离
• ‌诊断功能‌：PGOOD 信号指示电源异常，FAULT 信号反馈过热或通信错误

2. ‌关键参数配置‌

• ‌过程侧电压‌：
  • ‌默认模式‌（J10 开路）：10–33 V（J9 闭合）
  • ‌扩展模式‌（J10 闭合）：9.2–36 V（J9 开路）
• ‌逻辑侧供电‌：EXT_Vdd 可通过跳线设置为 3.3 V（NUCLEO 模式）或 5.5 V（独立模式）

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‌三、硬件设计详解‌

1. ‌接口与连接器‌

• ‌Arduino UNO R3 接口‌：兼容数字 I/O、SPI 及模拟引脚
• ‌Morpho 连接器‌：提供与 STM32 Nucleo 的完整引脚映射
• ‌输出端子‌（CN1–CN4）：8 路工业负载接口，支持 1.0 A/通道

2. ‌状态指示与跳线配置‌

• ‌LED 指示灯‌：
  • ‌绿色‌（D3–D10）：输出通道开关状态（需闭合 J6/J7 对应跳线）
  • ‌红色‌（D11/D16）：分别指示过热/通信错误（J3:1-2）与 PGOOD 信号（J3:3-4）
  • ‌黄色‌（D15）：输出使能状态（J3:5-6）

3. ‌保护电路设计‌

• ‌电源保护‌：SMBJ5.0A 稳压管防止过压，STPS1H100A 二极管防止反接
• ‌ESD 防护‌：ESDA15P60-1U1M 保护通信线路

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‌四、应用场景与系统集成‌

1. ‌典型应用领域‌

• ‌可编程逻辑控制器‌：多通道数字输出模块
• ‌工业自动化‌：电机驱动、电磁阀控制、继电器阵列
• ‌智能设备‌：通过菊花链扩展为 16 通道系统，满足高密度控制需求

2. ‌软件支持‌

• ‌STM32Cube 扩展包‌：X-CUBE-IPS 提供驱动库与示例代码，简化 SPI 通信与诊断功能开发

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‌五、设计注意事项‌

1. ‌散热管理‌：260 mΩ 导通电阻在满载时可能产生显著热量，需结合 PCB 铜箔面积与外部散热设计
2. ‌感性负载处理‌：利用芯片内置的快速衰减模式避免关断电压尖峰
3. ‌菊花链扩展‌：通过 SPI_SS 与 DaisyChain 信号级联多板时，需注意时序同步与电源分配