STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1扩展板提供了一个强大而灵活的环境，用于评估IPS1025HF开关IC的驱动和诊断功能。IPS1025HF是一款单通道高侧开关IC，能够驱动一侧接地的电容、电阻或 电感负载。IPS1025HF具有8V至60V宽工作电压范围、12mΩ低导通电阻以及启动时<85µs的传播延迟时间。得益于以上特性，该器件非常适合用于实施适当架构以满足更高SIL电平要求的应用。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1扩展板数据手册.pdf

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT15A1扩展板包括Arduino® UNO R3连接器。该扩展板 设计用于搭配STM32 Nucleo开发板使用，例如NUCLEO-F401RE或 NUCLEO-G431RB。X-NUCLEO-OUT05A1扩展板基于IPS1025H高侧 开关IC，也可添加到系统评估中。

通过主电源轨为X-NUCLEO-OUT05A1供电，以及通过X-NUCLEO-OUT05A1输出为X-NUCLEO-OUT15A1供电，从而为安全系统创建单通道数字输出的典型架构。两个扩展板的工艺级可生成级联系统。连接到X-NUCLEO-OUT15A1输出的负载只能在两个级联系统正常工作时才能提供。

特性

• 基于IPS1025HF单通道高侧开关
  • 工作电压范围：高达60V
  • 低功耗 (RDS(ON) = 25mΩ（最大值）
  • 启动时传播延迟<60µs
  • 用于电感负载的快速衰减
  • 智能驱动电容负载
  • 欠压锁定
  • 过载和过热保护
  • PowerSSO-24封装
• 工作电压范围：8V至33V，0A至2.5A
• 扩展工作电压范围：高达60V
• 用于指示输出开/关状态的绿色LED
• 用于指示过载和过热诊断的红色LED
• 输出电压开/关状态反馈
• 控制信号，用于输出电压的快速放电
• 外部快速放电电路，用于大电感负载
• 5kV电隔离
• 电源轨反向极性保护

板布局

X-NUCLEO-OUT15A1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

‌X-NUCLEO-OUT15A1‌是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款工业级数字输出扩展板，专为STM32 Nucleo生态系统设计。该板卡基于IPS1025HF高性能智能功率开关，为工业自动化应用提供了可靠的2.5A负载驱动能力。

核心特性亮点

• ‌高性能智能开关‌：采用IPS1025HF单路高端开关，具备：
  • 工作电压范围高达60V
  • 极低功率损耗（最大导通电阻仅25mΩ）
  • 启动传播延迟小于60μs
  • 集成电感负载快速衰减功能
  • 容性负载智能驱动技术
• ‌完善的保护机制‌：
  • 欠压锁定保护
  • 过载与过温保护
  • 电源反极性保护
  • 5kV电气隔离

二、硬件架构深度解析

电源管理系统

• ‌宽电压输入范围‌：标准工作电压8-33V，通过跳线配置可扩展至60V
• ‌双电源架构‌：支持7-12V Nucleo辅助供电
• ‌滤波网络‌：采用多级电容滤波（C6 100μF + C10 2.2μF）
• ‌瞬态电压抑制‌：集成SM15T系列TVS二极管提供浪涌保护

信号隔离与接口设计

• ‌光电隔离‌：采用TLP383系列光耦实现5kV电气隔离
• ‌状态反馈‌：输出电压状态实时监测（J11关闭1-2）
• ‌快速放电控制‌：专用控制信号实现输出电压快速放电（J11关闭5-6，J12关闭）

诊断功能实现

• ‌双重诊断指示‌：红色LED分别指示过载和过热故障
• ‌状态可视化‌：绿色LED显示输出开关状态
• ‌故障信号隔离‌：通过SW2和SW4跳线配置诊断功能

三、IPS1025HF智能功率开关技术剖析

电气参数优势

• ‌低导通损耗‌：25mΩ的最大导通电阻确保高效率运行
• ‌快速响应‌：60μs内的启动传播延迟满足实时控制需求
• ‌智能驱动‌：专利的容性负载驱动算法避免冲击电流

保护功能集成

• ‌热保护‌：内置温度传感器，过温时自动关断
• ‌电气保护‌：集成过流、短路、欠压保护
• ‌软启动‌：减少开关瞬间的电流冲击

四、系统集成与开发环境

硬件兼容性

• ‌STM32 Nucleo支持‌：完全兼容NUCLEO-F401RE和NUCLEO-G431RB开发板
• ‌Arduino生态‌：配备UNO R3标准连接器
• ‌堆叠扩展‌：支持与X-NUCLEO-OUT05A1扩展板级联使用

软件支持

• ‌STM32Cube集成‌：提供完整的软件扩展包（X-CUBE-IPS）
• ‌驱动库‌：包含完善的IPS器件驱动程序
• ‌应用示例‌：提供典型工业应用的参考代码

五、典型应用场景

可编程逻辑控制器（PLC）

• 数字输出模块的精确控制
• 工业负载的可靠驱动
• 实时状态监控与诊断

安全系统架构

通过X-NUCLEO-OUT05A1与X-NUCLEO-OUT15A1级联：

• ‌冗余设计‌：双级联系统确保安全性
• ‌条件供电‌：仅当两级系统均正常工作时才供电
• ‌故障隔离‌：单点故障不影响整体系统运行

工业自动化

• 电机控制
• 电磁阀驱动
• 继电器控制

六、设计要点与最佳实践

跳线配置指南

• ‌J3跳线‌：默认关闭，打开可扩展电压至60V
• ‌J11跳线‌：
  • 位置1-2：输出电压状态反馈
  • 位置3-4：输出开关状态LED
  • 位置5-6：快速放电控制
  • 位置7-8：大电感负载外部快速放电电路

散热设计考虑

• ‌功率耗散计算‌：基于RDS(ON)和负载电流
• ‌环境温度‌：考虑实际工作环境的温度影响
• ‌降额使用‌：建议在实际最大电流的80%范围内使用

布线与接地

• ‌信号隔离‌：确保光耦两侧的电气隔离完整性
• ‌接地策略‌：采用单点接地，避免地环路干扰
• ‌电源去耦‌：严格按照手册建议布置去耦电容