STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT16A1擴展板設計用于STM32 Nucleo，用于評估IPS8200HQ八通道高側智能功率繼電器。 STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT16A1通過STISO620、STISO621和Arduino R3連接器與微控制器連接。 使用跳線設置，選擇驅動模式（并行或SPI）和通信協議（8位或16位）。

數據手冊：*附件：STMicroelectronics X-NUCLEO-OUT16A1擴展板數據手冊.pdf

特性

• 基于IPS8200HQ八通道高側開關，具有以下特點：
  • 工作電壓范圍：10.5V至36V
  • 工作輸出電流：≤0.7A
  • 低功耗：RON（MAX） =200m?
  • 欠壓鎖定
  • 可選驅動模式并行或5MHz SPI（8位或16位）
  • 嵌入式降壓轉換器
  • 4x2 LED矩陣，用于高效狀態指示
  • MCU凍結檢測
  • 用于電感負載的快速衰減
  • 過載和過熱保護
  • 接地失效保護
  • 結溫過熱和奇偶校驗診斷引腳(FAULT)
  • 外殼過熱診斷引腳(TWARN)
  • 電源電壓電平診斷引腳(PGOOD)
  • QFN48L 8mm x 6mm封裝
• 應用板工作電壓范圍：12V至33V
• 擴展工作電壓范圍（J9開路）：高達36V
• 工作電流：每通道高達0.7A
• 藍色LED，顯示SPI模式選擇
• 黃色LED，顯示SPI模式16位選擇
• 紅色LED，用于故障診斷引腳（JP12關閉）
• 紅色LED，用于PGOOD診斷引腳（JP13關閉）
• 紅色LED，用于TWARN診斷引腳（JP27關閉）
• STISO620和STISO621保證四kVPK電隔離
• 電源軌反向極性保護
• 兼容STM32 Nucleo開發板
• 配備Arduino? UNO R3連接器
• 符合RoHS指令和中國RoHS指令
• 通過CE認證

原理圖

?X-NUCLEO-OUT16A1工業數字輸出擴展板技術解析與應用指南?

?一、產品概述與核心價值?

X-NUCLEO-OUT16A1是STMicroelectronics推出的工業數字輸出擴展板，基于?IPS8200HQ octal高邊智能功率固態繼電器?設計，專用于STM32 Nucleo開發環境。其核心使命是為工業負載（最高0.7A）提供高效的驅動與診斷能力評估平臺，適用于可編程邏輯控制器（PLC）等工業自動化場景。

?二、硬件架構與關鍵特性?

?1. IPS8200HQ核心芯片功能?

• ?電氣參數?：
  • 工作電壓范圍：10.5V至36V（擴展模式可達36V）
  • 最大導通電阻：200mΩ（低功耗設計）
  • 輸出電流：每通道≤0.7A
• ?驅動模式?：
  • ?并行模式?（默認）：通過跳線JP21設置為低電平（SEL2=L）
  • ?SPI模式?（可配置）：支持5MHz通信，可選8位或16位協議（通過JP22切換）
• ?集成診斷與保護?：
  • 欠壓鎖定、過載/過溫保護、接地丟失保護
  • 故障診斷引腳（FAULT）、溫度警告引腳（TWARN）、電源良好指示（PGOOD）

?2. 板級設計亮點?

• ?隔離設計?：通過STISO620/621數字隔離器實現?4kVPk galvanic隔離?，分離邏輯側與工藝側，保障系統安全。
• ?靈活供電?：
  • 邏輯側電壓（VISO_L）：3.3V或5V，可由外部電源（CN13）或Nucleo板提供。
• ?可視化診斷?：
  • 紅色LED指示FAULT、PGOOD、TWARN狀態
  • 綠色LED（DO1-DO8）實時顯示輸出通道狀態

?三、系統配置與操作模式?

? 1. 并行驅動模式（默認配置） ?

• ?獨立工作能力?：無需Nucleo主板，僅需外部提供：
  • 工藝側電壓（通常24V）通過CN1接入
  • 邏輯側電壓（VISO_L）通過CN13接入
• ?信號控制?：INx引腳（CN5/CN8/CN9）通過0V/VISO_L電平切換控制OUTx通道開關。

?2. SPI驅動模式?

• ?配置步驟?：
  • 關閉JP21（SEL2=H）啟用SPI模式
  • 通過JP22選擇8位（默認）或16位協議
• ?高級功能?：
  • ?MCU凍結檢測?：通過SW3設置激活
  • ?多板級聯?：通過Arduino連接器實現菊花鏈通信，需調整SW6/SW18配置。

?四、電路設計要點?

?1. 電源管理?

• ?VREG生成?：
  • 內置降壓轉換器（IPS8200HQ）可輸出3.3V或5V（通過JP28選擇）
• ?外部供電兼容?：VREG也可由CN14外部電源提供（需調整SW17/JP20/JP15）

?2. 信號隔離路徑?

• 邏輯側信號（如INx、SPI_CLK）通過STISO620/621隔離器傳輸至工藝側，確保高壓環境下的控制安全。

?五、應用場景與實踐建議?

1. ?PLC輸出模塊開發?：利用IPS8200HQ的多通道輸出與診斷功能，構建高可靠性工業執行單元。
2. ?實時狀態監控?：通過FAULT、TWARN、PGOOD引腳結合中斷機制，實現故障快速響應。
3. ?系統擴展設計?：通過堆疊多個X-NUCLEO-OUT16A1板卡，擴展輸出通道數量（需配置SPI菊花鏈模式）。