STMicroelectronics STEVAL-IFP040V1擴展板是一款基于IPS1025HF的工業(yè)數(shù)字輸出擴展板，采用QFN48L封裝。STEVAL-IFP040V1提供了一個強大、靈活的環(huán)境，用于評估IPS1025HF的驅(qū)動和診斷功能。IPS1025HF是一款單通道高側(cè)、智能電源、固態(tài)繼電器，采用數(shù)字輸出模塊（連接2.5A工業(yè)負載）。

數(shù)據(jù)手冊：*附件：STMicroelectronics STEVAL-IFP040V1擴展板數(shù)據(jù)手冊.pdf

特性

• 基于IPS1025HF單通道高側(cè)開關(guān)，具有以下特性：
  • 工作電壓范圍：高達60V
  • 低功耗 (R ON(MAX) =25m?)
  • 啟動時傳播延遲：<60μs
  • 用于電感負載的快速衰減
  • 智能驅(qū)動電容負載
  • 欠壓鎖定
  • 過載和過熱保護
  • QFN48L 8mm x 6mm封裝
• 應(yīng)用板工作范圍：8V至33V/0A至2.5A
• 擴展工作電壓范圍（J3開路）：高達60V
• 綠色LED，用于輸出開/關(guān)狀態(tài)（J11關(guān)閉3-4和SW5關(guān)閉1-2）
• 紅色LED，用于過載和過熱診斷（SW2和SW4關(guān)閉2-3）
• 輸出電壓開/關(guān)狀態(tài)反饋（J11關(guān)閉1-2）
• 控制信號，用于輸出電壓快速放電（J11關(guān)閉5-6，J12關(guān)閉）
• 外部快速放電電路，用于大電感負載（J11關(guān)閉7-8）
• 5kV電隔離
• 電源軌反向極性保護
• 兼容STM32 Nucleo開發(fā)板
• 配備Arduino? UNO R3連接器
• 通過CE認證
• 符合RoHS指令和中國RoHS指令
• 未批準FCC轉(zhuǎn)售

電路原理圖

STEVAL-IFP040V1工業(yè)數(shù)字輸出擴展板技術(shù)解析與應(yīng)用指南

一、產(chǎn)品核心特性與硬件設(shè)計

1. 核心芯片特性分析

STEVAL-IFP040V1擴展板基于IPS1025HF單高邊開關(guān)構(gòu)建，該芯片具備以下關(guān)鍵技術(shù)特性：

• ?寬電壓工作范圍?：高達60V的操作電壓，滿足工業(yè)環(huán)境需求
• ?低功耗設(shè)計?：最大導(dǎo)通電阻僅25mΩ，顯著降低功率損耗
• ?快速響應(yīng)能力?：啟動時傳播延遲小于60μs
• ?先進負載管理?：
  • 針對感性負載的快速衰減功能
  • 智能電容負載驅(qū)動技術(shù)
• ?完善保護機制?：
  • 欠壓鎖定保護
  • 過載和過溫保護

2. 硬件規(guī)格詳解

?基本參數(shù)?：

• 應(yīng)用板工作范圍：8-33V/0-2.5A
• 擴展電壓工作范圍：最高60V（J3斷開時）

?診斷指示系統(tǒng)?：

• 綠色LED：輸出開關(guān)狀態(tài)指示（需閉合J11的3-4和SW5的1-2）
• 紅色LED：過載和過熱診斷指示（需閉合SW2和SW4的2-3）

?功能模塊?：

• 輸出電壓開關(guān)狀態(tài)反饋（J11閉合1-2）
• 輸出電壓快速放電控制信號（J11閉合5-6，J12閉合）
• 大感性負載外部快速放電電路（J11閉合7-8）

3. 安全與兼容性

• ?電氣隔離?：5kV光耦隔離確保系統(tǒng)安全
• ?反極性保護?：電源軌反極性保護
• ?開發(fā)板兼容?：
  • 支持STM32 Nucleo開發(fā)板
  • 配備Arduino UNO R3連接器
• ?認證標準?：CE認證、RoHS和中國RoHS合規(guī)

二、系統(tǒng)架構(gòu)與接口設(shè)計

1. 處理器接口方案

擴展板通過5kV光耦隔離器與STM32 Nucleo上的微控制器連接，GPIO引腳驅(qū)動，Arduino UNO R3連接器提供靈活的擴展能力。兼容NUCLEO-F401RE和NUCLEO-G431RB開發(fā)板。

2. 級聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)用

通過將STEVAL-IFP045V1堆疊在STEVAL-IFP040V1擴展板上，可實現(xiàn)安全系統(tǒng)單通道數(shù)字輸出的典型架構(gòu)。主電源軌為STEVAL-IFP045V1供電，STEVAL-IFP040V1通過STEVAL-IFP045V1輸出供電，兩個擴展板的過程級聯(lián)工作。

三、電路設(shè)計與關(guān)鍵元件

1. 電源管理電路

• ?模擬電源?：8V-60V寬范圍輸入
• ?濾波設(shè)計?：C6+C10（100μF+2.2μF）
• ?保護元件?：
  • D1：STPS1H100A
  • TR1：SM15T39CA

2. 控制信號處理

采用多路光耦隔離設(shè)計：

• ISO1、ISO2、ISO3、ISO4、ISO5實現(xiàn)信號隔離
• 可配置的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)（SW1-SW5）提供靈活的連接選項

3. 輸出級設(shè)計

• ?主開關(guān)器件?：U1 IPS1025HFQ QFN48L封裝
• ?輸出保護?：D4 STPS1H100A和TR3 SM15T10AY

四、實際應(yīng)用配置指南

1. 標準工作模式設(shè)置

?基本輸出配置?：

1. 確保J3、J5、J6、J8默認閉合狀態(tài)
2. 根據(jù)負載類型配置快速放電功能
3. 設(shè)置適當?shù)脑\斷LED指示

?電壓范圍選擇?：

• 標準模式：8-33V（J3閉合）
• 擴展模式：最高60V（J3斷開）

2. 診斷功能啟用

• 過載診斷：閉合SW2的2-3
• 過熱診斷：閉合SW4的2-3
• 狀態(tài)反饋：閉合J11的1-2

五、設(shè)計要點與注意事項

1. 熱管理考慮

• IPS1025HFQ的8×6mm QFN48L封裝需要適當?shù)纳嵩O(shè)計
• 考慮最大2.5A工作電流下的功率耗散

2. 電磁兼容性設(shè)計

• C1、C2：4700pF電容用于噪聲抑制
• 采用多層PCB布局優(yōu)化信號完整性

3. 系統(tǒng)集成建議

• 充分利用Arduino連接器進行功能擴展
• 合理配置隔離光耦的連接方式
• 注意級聯(lián)系統(tǒng)的工作時序要求