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STEVAL-IFP047V1 工业数字输出扩展板技术解析与应用

科技观察员 2025-10-23 11:16 次阅读
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STMicroelectronics STEVAL-IFP047V1工业数字输出扩展板基于ISO808-1,与STM32 Nucleo兼容。它提供了一个强大、灵活的环境,用于评估ISO808-1八通道高侧智能电源固态继电器的驱动和诊断功能,具有嵌入式电流隔离,在连接1.0A工业负载的数字输出模块中。

数据手册:*附件:STMicroelectronics STEVAL-IFP047V1数字输出扩展板数据手册.pdf

特性

  • 基于ISO808-1八路高侧开关,特性包括:
    • 工作范围:9.2V至36V
    • 低功耗 (RON(MAX) = 260mΩ)
    • 处理侧工作电流:每通道高达1A
    • 嵌入式2.5kVRMS电流隔离
    • 直接(抖动<20us)和同步(抖动< 6us)控制模式
    • 用于电感负载的快速衰减
    • 欠压锁定
    • 过载和过热保护
    • 接地失效保护
    • TFQFPN32封装
  • 应用板处理侧工作范围:10V(J10打开)至33V(J9关闭)
  • 处理侧扩展工作范围为9.2V(J10关闭)至36V(J9打开)
  • 应用板逻辑侧工作电压:3.3V至5V
  • 用于输出开/关状态的绿色LED(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)
  • 处理侧和逻辑侧电源轨反极性保护
  • 兼容STM32 Nucleo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

示意图

1.png

STEVAL-IFP047V1 工业数字输出扩展板技术解析与应用

摘要
STEVAL-IFP047V1 是意法半导体推出的一款工业数字输出扩展板,其核心基于 ISO808-1 八通道高端智能功率固态继电器,集成了电气隔离与多重保护功能,专用于驱动工业负载。本文结合数据手册内容,详细分析其技术特性、硬件设计及应用场景。


一、核心器件与功能特性

1. 主控芯片 ISO808-1

  • 电气参数‌:
    • 工作电压范围:9.2V 至 36V
    • 导通电阻:最大值 260mΩ(低功耗设计)
    • 单通道输出电流:最高 1A
    • 隔离能力:嵌入式 2.5k VRMS 电气隔离
  • 控制模式‌:
    • 直接控制模式(抖动 < 20μs):通过跳线 J1、J2 闭合启用
    • 同步控制模式(抖动 < 6μs):跳线 J1、J2 断开时启用
    • 支持感性负载快速衰减功能

2. 扩展板硬件特性

  • 电源设计‌:
    • 逻辑侧电压:3.3V 至 5V
    • 过程侧电压:默认 10V(J10 开路)至 33V(J9 闭合);扩展模式下可达 9.2V(J10 闭合)至 36V(J9 开路)
    • 集成反极性保护(过程侧与逻辑侧)
  • 状态指示‌:
    • 绿色 LED:输出通道开关状态(通过 J6、J7 跳线配置)
    • 红色 LED:过热与通信错误诊断(J3 跳线 1-2 闭合)
    • 黄色 LED:输出使能状态指示(J3 跳线 5-6 闭合)

二、硬件架构与接口设计

1. 电路架构

  • 隔离设计‌:通过 ISO808-1 实现微控制器与过程级的电气隔离,满足工业环境安全需求。
  • 接口兼容性‌:
    • 支持 STM32 Nucleo 开发板(如 NUCLEO-F401RE、NUCLEO-G431RB)
    • 配备 Arduino UNO R3 连接器与 Morpho 接口
  • 保护机制‌:
    • 欠压锁定(UVLO)
    • 过载与过温保护
    • 接地失效保护

2. 扩展灵活性

  • 独立供电配置‌:EXT_Vdd 引脚支持最高 5.5V(独立使用时)或 3.3V(连接 Nucleo 板时)
  • 堆叠能力‌:支持与其他扩展板组合使用,构建复杂系统。

三、典型应用场景

1. 工业自动化

  • 编程逻辑控制器‌:通过数字输出模块驱动继电器、电磁阀等工业负载。
  • 电机控制‌:支持同步与直接控制模式,适用于高精度时序要求的场景。

2. 评估与开发

  • STM32Cube 生态集成‌:配套 X-CUBE-IPS 软件扩展包,简化驱动开发流程。
  • 诊断功能验证‌:利用板载指示灯与跳线配置,实时监控输出状态与故障信息。

四、设计要点与优化建议

  1. 散热管理
    低导通电阻(260mΩ)减少功耗,但需通过 PCB 布局优化散热路径,避免长期高负载运行导致过热。
  2. 控制模式选择
    • 高实时性场景:优先选用同步控制模式(抖动 < 6μs)
    • 常规应用:直接控制模式可满足多数需求
  3. 合规性认证
    板卡符合 RoHS、中国 RoHS 及 CE 认证标准,适用于全球市场。
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