高壓與電磁干擾下穩(wěn)定系統(tǒng)的“定海神針”——隔離芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，如何在高壓與電磁干擾較大的情況下確保系統(tǒng)可靠性與安全性是一個(gè)難題。而隔離芯片便可以解決這些問題，該芯片主要用于實(shí)現(xiàn)不同電路域之間的安全、可靠隔離，防止高壓、噪聲、浪涌等對(duì)低壓或敏感電路的影響，同時(shí)保證信號(hào)的有效傳輸。

需要知道在電氣系統(tǒng)中，各種設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），這些干擾可能會(huì)通過電源線、信號(hào)線等途徑傳播，影響通信線路上的信號(hào)質(zhì)量。電氣噪聲會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中的位錯(cuò)誤、信號(hào)失真，甚至完全丟失信號(hào)，從而造成通信錯(cuò)誤。此外還有如電壓尖峰、地環(huán)路干擾、電源問題以及設(shè)備老化等導(dǎo)致的電氣問題。

為了減少電氣問題對(duì)通信和設(shè)備的影響，通常會(huì)采取一系列措施，如使用隔離芯片進(jìn)行信號(hào)隔離、采用濾波器減少電氣噪聲、確保良好的接地、使用穩(wěn)壓電源等。

早期的隔離技術(shù)主要是通過簡(jiǎn)單的物理隔離方式，如變壓器耦合和光耦合器，這兩種技術(shù)分別利用電磁感應(yīng)和光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的非接觸式傳輸，從而達(dá)到隔離目的。

從20世紀(jì)70年代開始，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，光耦合器開始廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制和通信系統(tǒng)中，它們能夠?qū)崿F(xiàn)基本的電氣隔離，但由于響應(yīng)速度較慢、壽命有限等原因，在高速、高性能應(yīng)用場(chǎng)合存在局限。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，數(shù)字隔離器開始得到廣泛應(yīng)用。這些器件采用了更為先進(jìn)和高效的隔離技術(shù)，如基于CMOS工藝的高速光耦合器和磁耦合技術(shù)，大大提升了數(shù)據(jù)傳輸速度和可靠性，還降低了功耗。

隨著ADI等公司開發(fā)出基于磁隔離技術(shù)的數(shù)字隔離器，隔離性能得到顯著提升，解決了光耦合器的一些固有問題，如老化、響應(yīng)速度慢、溫漂大等，適用于更高頻率和更大數(shù)據(jù)速率的場(chǎng)合。

近年來，電容隔離技術(shù)作為一種新型的隔離方式，以其更低的功耗、更快的速度和更高的集成度吸引了業(yè)界的關(guān)注。例如，Silicon Labs推出的基于電容隔離技術(shù)的產(chǎn)品提供了非常高的數(shù)據(jù)速率和出色的性能。

現(xiàn)代隔離芯片向著高度集成和多功能化的方向發(fā)展，集成了更多的接口功能，如USB、UART、I2C、SPI、CAN等協(xié)議的隔離，以及集成DC/DC轉(zhuǎn)換器以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、新能源、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展，接口隔離芯片愈發(fā)注重智能化、安全性，提供更強(qiáng)的抗噪能力、更好的EMC性能，并遵循更嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 60747-5-x系列標(biāo)準(zhǔn)。

各類儲(chǔ)能隔離芯片及其特點(diǎn)

隔離芯片在儲(chǔ)能系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它們能夠提供信號(hào)的隔離傳輸，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)然，隔離芯片中也分許多種，比如光耦隔離芯片、磁耦隔離芯片、電容隔離芯片等。

其中光電耦合器是最常用的隔離芯片之一，它們利用發(fā)光二極管和光電二極管或光敏三極管的配合，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的光-電轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到電氣隔離的目的。比較有代表性的如鎧俠的TLP系列，Keysight Technologies的HCNR系列，Vishay的6N137/6N138等。

而磁耦隔離芯片主要是通過磁場(chǎng)耦合而非電場(chǎng)或光場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，特別適用于高速數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)合，比如Silicon Labs的Si8xx系列、ADI的ADuM系列等。

電容式隔離芯片通過電容器作為隔離元件，實(shí)現(xiàn)低功耗、高速度的信號(hào)隔離，例如Silicon Labs的Capacitive Isolation Technology (CIT) 技術(shù)的產(chǎn)品。

國(guó)內(nèi)也有許多儲(chǔ)能隔離芯片解決方案，各具特點(diǎn)。比如納芯微的NSi8100隔離接口芯片，這是一款具有高隔離耐壓（5kVrms）、高共?？箶_以及高集成度的隔離接口芯片。該芯片提供了 I2C、RS-485、CAN 等不同標(biāo)準(zhǔn)的接口芯片，能夠在滿足安規(guī)要求的同時(shí)提供豐富的余量。還具備優(yōu)異的系統(tǒng)級(jí) ESD 防護(hù)及抗浪涌能力，性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于國(guó)際競(jìng)品水平。

致遠(yuǎn)電子的全隔離型CAN收發(fā)器SM1500，是一款集成了CAN收發(fā)電路、電源隔離、信號(hào)隔離的CAN收發(fā)器，隔離耐壓值高達(dá)3500V，適用于汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

當(dāng)然CAN收發(fā)器本身并不算隔離芯片，但為了提高系統(tǒng)可靠性、防止接地環(huán)路干擾、保護(hù)敏感電路不受外部過電壓沖擊以及確保系統(tǒng)電氣安全，致遠(yuǎn)電子在CAN收發(fā)器的基礎(chǔ)上加入隔離功能，這樣就形成了隔離型CAN收發(fā)器。

隨著技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，隔離芯片廠商不斷推陳出新，以上列舉的只是部分例子，并不能囊括所有國(guó)內(nèi)企業(yè)的全部產(chǎn)品。每家公司的隔離芯片產(chǎn)品都有各自的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)的具體需求來選用合適的產(chǎn)品。

總結(jié)

隔離芯片在儲(chǔ)能產(chǎn)品中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不僅保障了系統(tǒng)的安全性和可靠性，還有助于滿足嚴(yán)格的安規(guī)要求，提高產(chǎn)品的整體性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。而隔離芯片從過去簡(jiǎn)單物理隔離向高度集成、高速、低功耗和智能方向的轉(zhuǎn)變，開始適應(yīng)現(xiàn)代電子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸安全、可靠和高效的要求。