保證信號有效傳輸的儲能隔離芯片

電子發(fā)燒友網報道（文/黃山明）在儲能系統(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難題。而隔離芯片便可以解決這些問題，該芯片主要用于實現不同電路域之間的安全、可靠隔離，防止高壓、噪聲、浪涌等對低壓或敏感電路的影響，同時保證信號的有效傳輸。

需要知道在電氣系統(tǒng)中，各種設備在運行過程中會產生電磁干擾（EMI），這些干擾可能會通過電源線、信號線等途徑傳播，影響通信線路上的信號質量。電氣噪聲會導致數據傳輸中的位錯誤、信號失真，甚至完全丟失信號，從而造成通信錯誤。此外還有如電壓尖峰、地環(huán)路干擾、電源問題以及設備老化等導致的電氣問題。

為了減少電氣問題對通信和設備的影響，通常會采取一系列措施，如使用隔離芯片進行信號隔離、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。

早期的隔離技術主要是通過簡單的物理隔離方式，如變壓器耦合和光耦合器，這兩種技術分別利用電磁感應和光電效應實現信號的非接觸式傳輸，從而達到隔離目的。

從20世紀70年代開始，隨著半導體技術的發(fā)展，光耦合器開始廣泛應用在工業(yè)控制和通信系統(tǒng)中，它們能夠實現基本的電氣隔離，但由于響應速度較慢、壽命有限等原因，在高速、高性能應用場合存在局限。

進入20世紀90年代后，數字隔離器開始得到廣泛應用。這些器件采用了更為先進和高效的隔離技術，如基于CMOS工藝的高速光耦合器和磁耦合技術，大大提升了數據傳輸速度和可靠性，還降低了功耗。

隨著ADI等公司開發(fā)出基于磁隔離技術的數字隔離器，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、響應速度慢、溫漂大等，適用于更高頻率和更大數據速率的場合。

近年來，電容隔離技術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)界的關注。例如，Silicon Labs推出的基于電容隔離技術的產品提供了非常高的數據速率和出色的性能。

現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轉換器以簡化系統(tǒng)設計。

隨著物聯網、新能源、智能電網等領域的發(fā)展，接口隔離芯片愈發(fā)注重智能化、安全性，提供更強的抗噪能力、更好的EMC性能，并遵循更嚴格的安全標準，如IEC 60747-5-x系列標準。

各類儲能隔離芯片及其特點

隔離芯片在儲能系統(tǒng)中發(fā)揮著至關重要的作用，它們能夠提供信號的隔離傳輸，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。當然，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，實現電信號的光-電轉換，從而達到電氣隔離的目的。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耦合而非電場或光場，實現信號的隔離傳輸，特別適用于高速數據傳輸場合，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，實現低功耗、高速度的信號隔離，例如Silicon Labs的Capacitive Isolation Technology (CIT) 技術的產品。

國內也有許多儲能隔離芯片解決方案，各具特點。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 等不同標準的接口芯片，能夠在滿足安規(guī)要求的同時提供豐富的余量。還具備優(yōu)異的系統(tǒng)級 ESD 防護及抗浪涌能力，性能指標達到或優(yōu)于國際競品水平。

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

當然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，致遠電子在CAN收發(fā)器的基礎上加入隔離功能，這樣就形成了隔離型CAN收發(fā)器。

隨著技術發(fā)展和市場需求的變化，隔離芯片廠商不斷推陳出新，以上列舉的只是部分例子，并不能囊括所有國內企業(yè)的全部產品。每家公司的隔離芯片產品都有各自的技術特點和優(yōu)勢，設計時應根據儲能系統(tǒng)的具體需求來選用合適的產品。

總結

隔離芯片在儲能產品中發(fā)揮著關鍵作用，不僅保障了系統(tǒng)的安全性和可靠性，還有助于滿足嚴格的安規(guī)要求，提高產品的整體性能和市場競爭力。而隔離芯片從過去簡單物理隔離向高度集成、高速、低功耗和智能方向的轉變，開始適應現代電子系統(tǒng)對數據傳輸安全、可靠和高效的要求。