STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT04A1扩展板数据手册

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT04A1扩展板是用于STM32 Nucleo的工业数字输出扩展板。 该板提供了一个强大而灵活的环境，用于评估IPS2050H-32模块（双通道高侧智能电源固态继电器）的驱动和诊断功能。 X-NUCLEO-OUT04A1通过由GPIO引脚驱动的5kV光耦合器、Arduino UNO R3和ST morpho连接器与 STM32 Nucleo上的微控制器连接。该扩展板可连接到NUCLEO-F401RE或NUCLEO-G431RB开发板。 还可以评估由多达四个堆叠X-NUCLEO-OUT04A1扩展板组成的系统。

数据手册；*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT04A1扩展板数据手册.pdf

特性

• 应用板工作范围：8V至33V/0至5.7A
• 扩展工作电压范围（J3开路）：高达60V
• 绿色LED，用于输出开/关状态
• 红色LED，用于每通道诊断（过载和过热）
• 5kV电隔离
• 电源轨反向极性保护
• EMC符合IEC 61000-4-2、IEC 61000-4-3和IEC 61000-4-5标准
• 兼容STM32 Nucleo开发板
• 配有Arduino UNO R3连接器
• 通过CE认证
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令

原理图

基于STM32的工业数字输出扩展板技术解析与应用指南‌

‌一、产品概述‌

X-NUCLEO-OUT04A1是STMicroelectronics推出的一款工业数字输出扩展板，该板卡基于IPS2050H-32双高边智能功率固态继电器设计，专为STM32 Nucleo开发板提供工业级输出解决方案。扩展板主要面向可编程逻辑控制器（PLC）、工业自动化控制等应用场景。

‌二、核心技术特性‌

1. ‌功率开关器件‌
   • 核心器件采用IPS2050H-32双高边开关
   • 工作电压范围：8-33V（标准模式），最高可扩展至60V（J3断开时）
   • 输出电流能力：最大5.7A
   • 导通电阻：最大50mΩ，实现低功耗运行
2. ‌保护与诊断功能‌
   • 具备欠压锁定保护
   • 每通道独立的过载和过温保护
   • 红色LED指示通道诊断状态（过载和过热）
   • 绿色LED显示输出开关状态
3. ‌电气安全特性‌
   • 提供5kV光电隔离
   • 电源反极性保护
   • EMC符合IEC61000-4-2/3/5标准
   • 支持感性负载快速衰减，容性负载智能驱动

‌三、硬件架构设计‌

1. ‌接口兼容性‌
   • 默认配置Arduino UNO R3连接器
   • 可选ST morpho连接器（需额外安装）
   • 兼容NUCLEO-F401RE和NUCLEO-G431RB开发板
2. ‌扩展能力‌
   • 最多支持4块X-NUCLEO-OUT04A1板卡堆叠
   • 8通道数字输出模块，每通道最大5.7A驱动能力
3. ‌电源设计‌
   • 主电源输入：8-60V（通过J3选择）
   • Nucleo备用电源：7-12V（通过J4连接）
   • 模拟电源独立供电设计

‌四、应用配置方案‌

1. ‌标准工作模式‌
   • J3默认断开，支持扩展电压范围至60V
   • J4默认断开，提供备用电源接口
   • J5、J6默认闭合，配置输入信号路径
2. ‌保护电路配置‌
   • 每通道配备TVS二极管（SM15T39CA）
   • 滤波电容网络：100nF/100V + 470nF + 47nF + 0.47nF
   • ESD保护器件ESDA15P60-1U1M

‌五、开发调试支持‌

1. ‌状态监测点‌
   • 提供TP1-TP5测试点
   • IN1/IN2输入信号监测
   • FLT1/FLT2故障信号监测
2. ‌跳线配置选项‌
   • J3/J4：工作电压范围选择
   • J5-J8：信号路径配置
   • J9-J14：功能使能控制

‌六、典型应用场景‌

1. ‌工业PLC输出模块‌
   • 可直接驱动电磁阀、接触器等工业负载
   • 满足工业环境EMC要求
2. ‌电机控制应用‌
   • 支持感性负载快速关断
   • 完善的过流过热保护
3. ‌多通道扩展系统‌
   • 通过堆叠实现8通道高功率输出
   • 模块化设计便于系统集成

‌七、设计注意事项‌

1. ‌散热管理‌
   • 大电流应用需确保足够的散热措施
   • 监控过温保护状态
2. ‌PCB布局建议‌
   • 功率走线宽度满足电流承载要求
   • 信号与功率地分离设计
3. ‌软件配置要点‌
   • GPIO引脚需正确配置为推挽输出模式
   • 故障信号应设置为中断输入模式