‌STM32 Nucleo数字输出扩展板技术解析：基于IPS4260LM的工业级解决方案

STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT07A1数字输出扩展板基于用于STM32 Nucleo的IPS4260LM四通道低侧开关。该扩展板提供了一个强大、适应性强的环境，用于评估IPS4260LM智能功率固态继电器的驱动和诊断功能。这对于连接到0.5A工业负载的数字输出模块非常有用。该系统允许用户配置为用于1A工业负载的双数字输出模块或用于2A工业负载的单个数字输出模块。X-NUCLEO-OUT07A1板通过STISO620和STISO621数字隔离器以及Arduino^® ^R3连接器与STM32Nucleo上的微控制器连接。该扩展板可连接NUCLEO-F401RE或NUCLEO-G431RB开发板。X-NUCLEO-OUT07A1板旨在满足用户和电源接口之间的电流隔离应用要求。

数据手册；*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT07A1数字输出扩展板数据手册.pdf

特性

• 基于IPS4260LM四通道低侧开关：
  • 工作电压范围：8V至50V
  • 高速运行（trise 、tfall <1μs）
  • 过程侧工作电流可配置为350mA（每通道）至2A（并联通道）
  • 低功耗（RON(TYP) =260mΩ）
  • 在过载条件下可配置的低耗散截止功能
  • 每通道过载、短路和热结保护
  • 集成环流二极管，可实现电感负载的快速衰减
  • 开路负载检测
  • 欠压锁定
  • 电源失效/接地失效保护
  • HTSSOP20 封装
• 通过STISO620、STISO621数字隔离器和隔离式直流－直流转换器实现逻辑侧和过程侧之间的电流隔离
• IPS4260LM可从板载隔离式直流－直流转换器（SW7关闭1-2）或24V电源轨（SW7关闭2-3）选择电源
• 过程侧工作电压范围：10V（SW7关闭1-2）或10V至30V（SW7关闭2-3）
• 过程侧电源轨反向极性保护（SW7 =关闭2-3时，J1开路）
• 应用板逻辑侧工作电压：3.3（SW1关闭1-2）或5V（SW1关闭2-3）
• 用于输出开/关状态的绿色LED（J6关闭1-2、3-4、5-6、7-8）
• 开路负载检测使能（J7关闭1-2、3-4、5-6、7-8）/禁用（J7开路）
• 红色LED，用于过载/过热警告 (D8) 和开路负载 (D7) 诊断
• 可选电流限制电平（J8关闭1-2 = 0.5A，或3-4 = 1A，或5-6 = 2A）
• 截止启用 (J8开路7-8)/禁用 (J8关闭7-8) 选项
• CN5[9.10]和CN8[5、6]上提供每通道过载诊断
• 轻松并联输入信号 (J9) 和输出通道 (J10)
• 兼容STM32核开发板
• 配备Arduino^®^ UNO R3连接器
• 符合RoHS指令和中国RoHS指令
• 通过CE认证

板布局

STM32 Nucleo数字输出扩展板技术解析：基于IPS4260LM的工业级解决方案‌

‌一、产品架构概述‌
X-NUCLEO-OUT07A1是一款专为STM32 Nucleo生态设计的工业级数字输出扩展板，其核心采用IPS4260LM四路低边智能功率开关。该方案通过STISO620/621数字隔离器和隔离DC-DC转换器实现逻辑侧与过程侧的 galvanic isolation（ galvanic isolation ），可兼容NUCLEO-F401RE与NUCLEO-G431RB两种主控板，并支持Arduino UNO R3连接器标准。

‌二、核心器件技术特性‌

1. ‌IPS4260LM功率开关‌
   • 工作电压范围：8-50V
   • 高速开关特性（上升/下降时间<1μs）
   • 可配置输出电流：单通道350mA，并联模式可达2A
   • 典型导通电阻：260mΩ
   • 集成保护功能：过载/短路/热关断/开负载检测
   • 内置感性负载快速衰减二极管
2. ‌隔离保护机制‌
   • STISO620/621提供2.8k VRMS galvanic isolation
   • 隔离DC-DC转换器（DC1）具有3kVDC隔离强度
   • 过程侧支持反向极性保护（J1开路时）

‌三、系统配置灵活性‌

1. ‌供电模式选择‌
   • 通过SW7选择IPS4260LM供电源：
     ▪ 位置1-2：使用板载隔离DC-DC输出的10V_P
     ▪ 位置2-3：使用外部24V电源（V_FIELD_RP）
2. ‌信号并行化能力‌
   • J9/J10跳线支持输入信号与输出通道的灵活并联：
     ▪ 双通道模式：J9[1-2,5-6] & J10[1-2,5-6]
     ▪ 单通道模式：J9[1-2,3-4,5-6] & J10[1-2,3-4,5-6]
3. ‌电流限制配置‌
   • J8跳线提供三级电流限制：
     ▪ 位置1-2：0.5A
     ▪ 位置3-4：1A
     ▪ 位置5-6：2A

‌四、诊断与状态指示系统‌

1. ‌可视化指示‌
   • 绿色LED（D1-D4）显示输出开关状态
   • 红色LED（D7/D8）分别指示开负载与过载/过热故障
2. ‌诊断信号输出‌
   • 累积诊断信号：
     ▪ FLT_L（过载/过热）通过CN9[6]输出
     ▪ OL_L（开负载）通过CN9[5]输出
   • 独立通道诊断：
     ▪ DIAG1_L-DIAG4_L分别通过CN5[10,9]和CN8[6,5]输出

‌五、典型应用场景‌

1. ‌ 可编程逻辑控制器（PLC） ‌
   • 适用于工业自动化中的数字输出模块
   • 支持0.5A工业负载驱动
2. ‌多板卡扩展应用‌
   • 可与其它STM32 Nucleo扩展板堆叠使用
   • 通过Morpho连接器实现系统级扩展

‌六、设计规范与认证‌

• 符合RoHS与中国RoHS环保标准
• 通过CE安全认证
• 提供完整原理图、物料清单（BOM）及版本控制