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纳芯微数字隔离器和“隔离+”系列,为安全可靠的工控系统而来

2024/06/12

工业控制是现代工业不可或缺的重要部分,涉及自动化、智能化、数字化等多个方面。随着全球经济发展和科技进步,工业控制市场也在不断扩大。市场调研机构预计,2023年全球规模超过8000亿元,预计到2029年将超过万亿元,未来六年CAGR约为3%。

作为布局“全信号链”产品线的领先模拟及混合信号公司,纳芯微的数字隔离器和“隔离+”系列产品(隔离采样、隔离接口、隔离电源)已经过市场的充分检验和客户验证,完善的解决方案已广泛应用于工业变送器、变频器、PLC、伺服等工控应用。


工业控制的关键需求

工业控制领域对技术设备和系统的要求日益严格,特别是在可靠性及稳定性、小型化和智能化方面

在可靠性及稳定性方面,工业控制设备需要能够长时间稳定运行,具备高度容错能力,能够适应各种振动、冲击、温度变化等恶劣环境条件。为了提高可靠性和稳定性,需要优化系统设计,采用高品质的元器件和材料,采取行之有效的散热和防护措施。纳芯微的产品具有很高的可靠性和稳定性,针对中大功率系统的带保护功能的产品可以更好地满足系统高可靠性要求。

在小型化方面,设备不仅要占用空间小,便于安装和维护,还需要降低生产成本和能源消耗。为了实现小型化,可以采用先进的制造工艺和材料以及集成化、模块化的设计方法;还可以通过优化电路设计和软件算法来减少设备的体积和重量。纳芯微提供有针对性的小型化解决方案,例如,将多路隔离通道集成在一颗芯片中,以及将隔离电源、数字隔离器、接口高度集成的三合一产品。

在智能化方面,工控系统对芯片提出了更高的要求,需要模拟芯片的采样精度更高,速度更快,能够实现更快的控制。另外,智能化升级对高速数据传输的需求更高,对高速接口的需求明显增加。纳芯微针对行业多种场景,包括工业仪表、DCS、PLC、变速器、变频器、伺服机器人等提供非常完善的模拟芯片解决方案。


全面布局的隔离器及“隔离+”产品

纳芯微是隔离产品市场的领头羊,市场份额在国内名列前茅。在光耦、磁耦和容耦技术路线中,纳芯微选择了容耦,主要是利用其二氧化硅隔离层的成本优势和传输速度比较快的特点实现快速高频调制,同时保证较高的集成度和较宽的温度范围。

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纳芯微电子隔离技术简介

在可靠性参数方面,纳芯微基于容耦的隔离产品隔离的耐压能力在12kVrms以上;CMTI(共模瞬态抗扰度)高达200kV/μs,适用于母线电压很高、开关频率也很高SiC MOSFET;纳芯微的隔离产品具有很高的EMC浪涌冲击抗扰度和双边ESD性能,其延迟为纳秒级,工作温度范围较宽,可满足绝大多数工控场景要求。在隔离层寿命方面,纳芯微隔离产品的TDDB(经时介电层击穿)预测大于40年。基于上述特点,纳芯微的容隔产品更有助于从技术层面加强工控系统的高可靠性和高安全性。


差异化的隔离产品布局

借助隔离方面的专利技术和领先优势,以及对客户系统的深刻理解,纳芯微正积极布局差异化的隔离产品,在各类细分领域中为客户的系统创新赋能。例如在光伏行业等高电压工作场景中,由于安规要求非常严格,需要超宽体封装的数字隔离器。纳芯微推出的超宽体封装数字隔离器NSI82xx系列可以在提供15mm长爬电距离的同时实现优异的EMC性能,非常适用于对爬电距离有较高要求的高压系统,可兼容替代其他一些厂商的高精度、高速、双向数字隔离器。

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隔离数字输入概览

在一些PLC等小型化的场景中,纳芯微推出了基于电容隔离技术的数字输入隔离器NSI860x,包括四通道的NSI8604和八通道的NSI8608,具有高集成度和高稳定性的特点。它将数字输入/输出融为一体,可接收-60V至60V数字输入信号;兼容光耦的电流输入形式,不需要现场侧电源供电,并可提供隔离的数字输出。

此外,针对现在许多系统中仍在使用很多小光耦的情况,纳芯微提供的NSI721x/722x系列隔离器可以对高速光耦进行快速原位替代,这些器件具有CMTI大于100kV/μs、绝缘材料CTI水平大于600V、温度范围更宽的优势,能够优化成本、可靠性和速率,提升系统整体性能。其封装包括SO-5、SOWW8、SOP8等常见封装类型,支持4mm、8mm、15mm爬电距离。


“隔离+”系列产品

纳芯微在致力于为客户提供卓越性能的隔离产品的同时,还不断拓宽产品线,推出了丰富多样的“隔离+”系列产品,以满足不同工业应用场景下的多元化需求。

这些“隔离+”系列产品不仅继承了纳芯微隔离产品的核心优势,如高可靠性、高稳定性等,还在此基础上融入了更多创新功能和特性。通过精心设计和优化,成功地将信号调理、转换、放大等功能与隔离技术相结合,从而为客户提供更加全面、高效的解决方案。

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隔离与接口产品概述

-集成电源和接口的隔离产品

通常,系统中的隔离器需要单独配置一个供电电源,这导致了成本和PCB面积方面的问题。纳芯微的三合一(隔离电源+数字隔离器+RS485/CAN)芯片NSIP83086和NSIP1042可以完美解决以上问题,帮助客户实现系统小型化。和分立方案相比,最多可以减少70%的布板尺寸。NSIP83086支持全双工16Mbps通信速率和8mm爬电距离,能够满足工业自动化系统、隔离RS485通信等应用的系统小型化需求。

-隔离采样

在隔离采样方面,纳芯微提供用于过流、过压、过温保护的隔离式比较器NSI22C1x系列,在提升系统可靠性的同时支持更高功率密度的系统设计,简化外围电路,相比传统分立方案可将系统保护电路尺寸缩小60%。

该系列产品旨在帮助客户提高系统可靠性,应对传统工业电机驱动的短路故障,包括上下桥臂误导通、相间短路故障和接地短路故障。传统的保护方案成本较高,如栅极驱动DESAT保护;而DC-过流保护方案简单,但无法检测接地短路故障;DC+过流保护母线电压很高,对隔离和共模抗扰的要求很高,难以选择合适的芯片。使用纳芯微的NSI22C1x系列隔离式比较器,就可以利用低延时、高集成度、高精度、高CMTI的特性规避上述方案的弊端。

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该系列包括用于过压、过温保护的隔离式单端比较器NSI22C11,以及用于过流保护的隔离式窗口比较器NSI22C12,可以提升系统可靠性的前提下,支持更高功率密度的系统设计,同时简化外围电路;相比传统分立方案,可将系统保护电路尺寸缩小60%。这些产品广泛用于工业电机驱动、光伏逆变器、不间断电源、车载充电机等的过压、过温和过流保护。

NSI1312x系列是低成本、高性能兼备的隔离式电压采样放大器,支持正负电压输入和高阻抗输入、差分或单端模拟输出,线性输入电压范围为±1.2V。其中NSI1312S支持单端输出,不用差分入、差分出,加一颗运放,即可将差分转单端接到MCU上,省下一颗物料。NSI1312x系列的低失调和增益漂移可确保整个温度范围内的精度,低成本封装可满足客户的爬电需求,广泛应用于汽车、工业、大功率电源中的交流和直流电压检测。


基于系统打造丰富的产品

针对工业控制应用,除了上面提到的隔离和接口产品,纳芯微还提供传感器、隔离式栅极驱动、电压基准、通用运放、高低边开关等等一系列产品,广泛用于现场仪表、PLC、DCS、工业电机驱动、工业机器人等应用。

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纳芯微工业控制解决方案总览

在工业控制领域,全面且深入的系统理解是取得成功的基石。纳芯微不断深入研究各类工业控制系统的架构、工作原理和应用场景,努力把握其内在规律和用户的核心需求;凭借丰富的产品布局为客户提供多样化、高性能的解决方案,满足其不同场景的实际需求。

作为本土企业,纳芯微具备灵活响应和本地化支持的优势,能够快速捕捉市场动态和客户需求变化,及时调整策略,并为客户提供定制化服务。纳芯微的专业技术支持团队能够为客户提供及时、有效的技术支持和解决方案,确保其系统的稳定运行和持续优化。

纳芯微坚信,协同创新是推动工业控制领域发展的关键动力。纳芯微愿与客户携手共进,共同面对系统设计的挑战,通过深度合作和创新思维,不断突破技术瓶颈,实现系统的优化和升级,共享市场机遇,实现共赢发展。

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