‌X-NUCLEO-OUT11A1工业数字输出扩展板技术解析与应用指南

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT11A1扩展板是专为STM32 Nucleo设计的工业数字输出扩展板。该板为ISO808八通道高侧智能功率固态继电器的驱动和诊断功能提供了强大而灵活的环境。该继电器提供嵌入式电流隔离，集成到连接到0.7A工业负载的数字输出模块中。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT11A1扩展板数据手册.pdf

特性

• • 低功率损耗 (RON(MAX) = 260mΩ)
  • 每通道处理侧工作电流高达0.7A
  • 嵌入式2kVRMS 电流隔离
  • 直接（抖动<20us）和同步（抖动< 6us）控制模式
  • 对于感性负载的快速衰减功能
  • 欠压锁定
  • 过载和过热保护
  • 缺地保护
  • PowerSO36封装
• 应用板处理侧电压工作范围从10（J10打开）到33V（J9关闭）
• 处理侧扩展电压工作范围从9.2（J10关闭）一直到36V（J9打开）
• 应用板逻辑侧工作电压从3.3V至5V
• 绿色LED指示输出开/关状态（J6和J7关闭1-2、3-4、5-6、7-8）
• 红色LED指示常见过热和通信错误诊断（J3关闭1-2）
• 黄色LED指示输出使能状态（J3关闭5-6）
• 直接控制模式（J1、J2关闭）
• 同步控制模式（J1、J2打开）
• 处理电源轨和逻辑电源轨反转极性保护

概述

X-NUCLEO-OUT11A1工业数字输出扩展板技术解析与应用指南‌

一、产品概述与核心特性

STMicroelectronics推出的X-NUCLEO-OUT11A1是一款基于ISO808的工业数字输出扩展板，专为STM32 Nucleo生态系统设计。该板卡集成了八角高边智能功率固态继电器，具备‌2k VRMS增强型隔离保护‌，可直接驱动最高‌0.7A/通道‌的工业负载，特别适用于可编程逻辑控制器（PLC）等工业自动化场景。

‌关键硬件特性‌：

• ‌宽电压支持‌：逻辑侧工作电压3.3-5V，过程侧通过跳线配置可实现9.2V（J10闭合）至36V（J9开启）的灵活适应
• ‌超低导通阻抗‌：最大导通电阻仅260mΩ，显著降低功率损耗
• ‌双重控制模式‌：支持直接控制（抖动<20μs）与同步控制（抖动<6μs）
• ‌全面保护机制‌：集成欠压锁定、过载/过热保护、接地失效保护及反极性保护

二、核心器件ISO808深度解析

ISO808作为板卡的功率核心，采用PowerSO36封装，在工业环境中展现出卓越性能：

‌电气参数亮点‌：

• ‌隔离耐受‌：2500Vrms/min（符合IEC 62368-1标准）
• ‌快速衰减电路‌：专为感性负载优化，防止关断电压尖峰
• ‌诊断功能‌：通过红色LED（J3闭合1-2）指示过热与通信错误，黄色LED（J3闭合5-6）显示输出使能状态

‌散热设计考量‌：

• 计算稳态功耗需结合RDS(on)与负载电流：Pdiss = I² × RDS(on)
• 高温环境下需确保结温不超过150°C，可通过优化PCB铜箔面积或添加散热器实现

三、硬件架构与接口设计

‌电源架构‌：

• 过程侧供电通过J9/J10跳线选择电压范围（10-33V或扩展至9.2-36V）
• 逻辑侧通过Arduino UNO R3连接器获取3.3V/5V供电
• 独立稳压网络（C9-C12、C25-C26）确保电源完整性

‌信号接口‌：

• 8路数字输入（IN1-IN8）通过GPIO直接控制
• 状态反馈（STATUS）、输出使能（OUT_EN）、同步信号（SYNCH）提供完整控制链路
• CN6-CN9连接器支持Morpho与Arduino双标准扩展

‌保护电路设计‌：

• 采用STPS1H100A整流二极管与SM15T39CA瞬态电压抑制器
• ESD保护器件ESDA7P60-1U1M确保接口鲁棒性

四、控制模式配置详解

‌直接控制模式‌（J1、J2闭合）：

• 适用于简单开关控制场景
• 响应时间<20μs，满足大多数离散输出需求

‌同步控制模式‌（J1、J2开启）：

• 通过外部同步信号实现多通道精确同步
• 抖动控制在6μs以内，适合运动控制等时序敏感应用

五、应用场景与设计实践

‌PLC数字输出模块设计‌：

• 每通道独立驱动继电器、电磁阀等工业设备
• 绿色LED（J6/J7）提供直观的输出状态指示
• 菊花链扩展支持多板卡协同工作

‌安全设计要点‌：

• 过程侧与逻辑侧隔离必须确保最小4mm爬电距离
• 感性负载需配合续流二极管，防止反向电动势损坏
• 定期读取STATUS信号实现预测性维护

六、调试与故障排除

‌常见问题解决方案‌：

• ‌输出无响应‌：检查OUT_EN信号及跳线配置
• ‌过热保护触发‌：验证负载电流是否超限，检查散热条件
• ‌通信错误‌：确认逻辑侧电压匹配，排查接线完整性

‌测试流程建议‌：

1. 空载上电验证电源极性
2. 逐通道接入额定负载测试开关特性
3. 使用示波器捕获IN/OUT时序，验证延迟参数