意法半导体 IO-Link 接口的32路电磁阀气动驱动控制板

产品介绍

意法半导体研发（深圳）有限公司最近推出了IO-Link 接口的32路电磁阀驱动板整体解决方案。

针对工业气动系统的气阀控制器的需求，意法半导体自动化技术创新中心推出了基于IO-Link接口的32路电磁阀控制器。该设计包含了软硬件的全套解决方案，具有如下诸多优点：

1. 32路高边通道可以满足大多数阀岛控制器对通道数量的需求。

2. IO-Link Class-B 的接口，使气阀控制器的仅需一个M12接口。更少的物理接口，可以让产品更加简洁美观，同时让插拔和维护更加轻松，也更易于达到IP67的防护等级要求。

3. 负载端电源和控制端电源间相互隔离，同时能实时监测负载端的电源电压。

4. 32路带隔离的智能高边驱动，可靠的短路及过流保护，故障信息实时上报。

5. 微型QFN芯片封装，SPI总线，可以节省大量的MCU GPIO口，控制器电路板进一步小型化。

6. 基于ST提供的免费从站协议栈（MiniStack），客户易于灵活地扩展各种IO-Link从站的功能开发。 

7. 

IO-Link 32路电磁阀驱动板                IO-Link接口的阀岛

IO-Link接口选择了5芯的M12航空接口来满足IO-Link Class-B的定义，这样仅需一个M12连接头，就包含了两路独立的电源和IO-Link信号线。这样整个阀岛控制器的接口相较于传统的EtherCAT控制器更加的简洁，易于维护。

由于使用了两路电源来分别给控制端和负载端供电，两个电源从物理结构上保证了安全的隔离。另外由于32个通道的设计思路，传统的并行控制方案会对MCU的GPIO数量有很高的要求，同时会需要使用很多通道的隔离器件。ST带隔离的高边驱动芯片（ISO8200AQ）使用SPI的通讯接口，大大节省了GPIO的数量，同时内置的信号隔离功能，也省掉了额外的隔离芯片需求。而ISO8200AQ的小型QFN封装，既保证了散热的需求，同时也可以让整个PCB板的设计更加的紧凑，因此如果想进一步拓展更多的通道也十分的便利。

为了直观了解32路驱动通道的输出状态，特别设计了4*8 =32颗LED矩阵扫描的指示灯，通过对应LED的点亮或熄灭状态，维护人员能够很直观地知道每一路输出控制通道的实时状态。

在工业控制领域，产品稳定性、安全及可靠性极为重要。设计中为此专门为IO-Link电源及信号线就近布置了大功率的TVS管(SMBJ30CA)，这些TVS管能很好地防止静电、浪涌电压等对后级控制单元的影响和损坏，进而提升产品的安全性。同时，电源端的过压和欠压情况也十分常见，因此对电源电压过压、欠压的实时检测和上报，也非常必要。为此在负载电源端通过电压基准芯片(TL432)和光耦隔离器件，将负载端电源的电压状态通过IO-Link过程数据，实时上传至控制主机(如PLC)，方便维护人员及时发现系统供电方面的问题，快速维护和处理，确保产品能处于一个稳定安全的工作电压范围。

对于IO-Link从站的开发，意法半导体针对性地推出了IO-Link物理层收发芯片（L6364）和免费的IO-Link从站协议栈(MiniStack)，协议栈支持STM32G0, L0, L4等系列低成本低功耗MCU。此外，L6364内置的DC-DC和LDO能提供5V@50mA和3.3V@50mA的电源给后级使用，不需要额外的电源管理芯片，可以有效地简化IO-Link从站设计。

选择IO-Link的原因

相较于传统的EtherCAT接口的阀岛控制器，IO-Link用一个接口取代了EtherCAT的三个的接口，使得在物理接口上更加精简。在硬件成本上，IO-Link的物理层收发芯片(Transceiver)和MCU也远低于EtherCAT 方案。在软件上，针对IO-Link从站的开发，ST能提供成熟的从站协议栈(MiniStack)和开发例程， 让IO-Link从站设备厂商无需投入软件协议栈的成本，大大地缩短了从产品开发到批量生产的时间周期。

ST可为客户提供一站式IO-Link主站、各类IO-Link 从站如数字输入输出模块、各类IO-Link传感器、IO-Link执行器的交匙（TurnKey）解决方案。