‌STM32工业数字输出扩展板X-NUCLEO-OUT05A1技术解析与应用指南

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT05A1扩展板用于评估IPS1025H的驱动和诊断功能。IPS1025H是一款单通道高侧智能电源固态继电器，采用数字输出模块（连接2.5A工业负载）。X-NUCLEO-OUT05A1通过5kV光耦合器与STM32 Nucleo上的微控制器连接，由GPIO引脚和Arduino R3连接器驱动。该扩展板可连接NUCLEO-F401RE或NUCLEO-G431RB开发板。

数据手册：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT05A1扩展板数据手册.pdf

特性

• 基于IPS1025H单通道高侧开关，具有以下特性
  • 工作电压范围：高达60V
  • 低功耗 (RON(MAX) =25mΩ)
  • 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
  • PSSO24封装
• 应用板工作范围：8V至33V / 0至2.5A
• 扩展工作电压范围（J3开路）：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
• 5kV电隔离
• 电源轨反向极性保护
• EMC符合IEC61000-4-2、IEC61000-4-3、IEC61000-4-4、IEC61000-4-5、IEC61000-4-8等标准
• 兼容STM32 Nucleo开发板
• 配有Arduino UNO R3连接器
• 通过CE认证
  • EN 55032:2015 + A1:2020
  • EN 55035:2017 + A11:2020
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令

示意图

‌STM32工业数字输出扩展板X-NUCLEO-OUT05A1技术解析与应用指南‌

一、核心器件与架构设计

X-NUCLEO-OUT05A1是STMicroelectronics推出的工业级数字输出扩展板，其核心基于IPS1025H高边智能功率固态继电器。该方案具备以下架构特性：

• ‌功率核心‌：采用IPS1025H单路高边开关，支持8-60V宽电压输入范围，最大导通电阻仅25mΩ
• ‌隔离保护‌：通过5kV光耦隔离实现控制端与功率端的电气隔离
• ‌连接兼容性‌：配备Arduino UNO R3连接器，可直接与NUCLEO-F401RE/G431RB开发板对接
• ‌扩展能力‌：支持最多4块扩展板堆叠，实现四通道数字输出模块评估

二、关键技术参数详解

2.1 功率特性参数

• ‌工作电压范围‌：基础模式8-33V，通过开放J3跳线可扩展至60V
• ‌输出电流能力‌：持续工作电流0-2.5A，适用于工业负载驱动
• ‌功率耗散‌：低导通电阻设计（最大25mΩ）显著降低开关损耗
• ‌保护机制‌：集成欠压锁定、过载保护和过热保护三重防护

2.2 接口与诊断功能

• ‌状态指示‌：绿色LED显示输出开关状态
• ‌故障诊断‌：红色LED分别指示过载和过热故障
• ‌灵活配置‌：通过SW1-SW4拨码开关实现信号路径切换
• ‌检测引脚‌：FLT1/FLT2故障信号输出，支持实时系统监控

三、电磁兼容与安全认证

该扩展板全面符合工业环境电磁兼容要求：

• ‌EMS抗扰度‌：通过IEC61000-4-2/3/4/5/8系列标准测试
• ‌辐射发射‌：满足EN 55032:2015+A1:2020 Class B限值
• ‌免疫特性‌：符合EN 55035:2017+A11:2020标准
• ‌安规认证‌：获得CE标志，符合RoHS及中国RoHS环保要求

四、典型应用场景分析

4.1 可编程逻辑控制器（PLC）输出模块

• 利用IPS1025H的快速衰减特性，可直接驱动感性负载
• 智能电容负载驱动技术确保开关过程稳定性
• 4板堆叠方案可实现16路数字输出，满足中型控制系统需求

4.2 工业自动化设备

• 2.5A输出能力适用于电磁阀、小型电机等执行器件
• 反极性保护电路（D1 STPS1H100A）防止接线错误损坏
• 瞬态电压抑制（SM15T39CA）确保在恶劣电气环境中稳定运行

五、硬件设计要点

5.1 电源设计

• 模拟电源输入路径配置C6(100μF)+C10(2.2μF)滤波网络
• 备用电源接口（J2）支持系统冗余供电
• 负载端TVS管（TR2 ESDA15P60-1U1M）提供过压保护

5.2 信号调理电路

• 光耦隔离电路（TLP383）实现控制信号安全传输
• 配置多个测试点（TP1-TP5）便于系统调试测量

六、软件生态集成

作为STM32Cube生态系统组成部分，该板卡支持：

• ‌X-CUBE-OUT5‌软件包提供完整驱动程序
• 兼容STM32CubeMX工具，支持图形化配置
• 提供评估例程，加速工业数字输出应用开发

七、实践应用建议

1. ‌散热管理‌：满负荷2.5A输出时需确保良好通风散热
2. ‌布线规范‌：大电流路径应使用足够线径的电缆连接
3. ‌接地策略‌：正确连接保护地（TP4 EARTH）增强系统安全性
4. ‌诊断利用‌：充分利用FLT故障输出实现预测性维护