從工業(yè)到光儲(chǔ)充 數(shù)字隔離器如何升級(jí)替換光耦隔離器

當(dāng)數(shù)千伏工業(yè)電機(jī)快速啟停時(shí)、當(dāng)高速充電樁斷電恢復(fù)時(shí)、當(dāng)光伏逆變器遭遇雷擊時(shí)，高壓側(cè)電路可能會(huì)因電感電流突變或浪涌耦合，產(chǎn)生幅值達(dá)母線電壓數(shù)倍的電壓尖峰。而在缺乏有效電氣隔離措施或在寄生電容耦合作用的情況下，這些電壓尖峰會(huì)迅速傳導(dǎo)至低壓側(cè)電路，瞬間擊穿MCU、傳感器等敏感元器件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅到操作人員的生命安全。

因此，在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)的高低壓電路之間引入隔離芯片，建立安全可靠的電氣隔離屏障，已成多項(xiàng)安全標(biāo)準(zhǔn)與通用規(guī)范中的明確要求與剛性規(guī)定。其不僅能防止高壓浪涌、短路漏電等不良現(xiàn)象損壞敏感元器件，還能在復(fù)雜環(huán)境中保障數(shù)字信號(hào)的傳輸質(zhì)量，是工業(yè)自動(dòng)化與光儲(chǔ)充等場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定與本質(zhì)安全的核心保障。

容耦隔離器，科技進(jìn)步的時(shí)代烙印

隔離芯片是將輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出，以實(shí)現(xiàn)輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。現(xiàn)階段，市場(chǎng)中主流的隔離芯片主要分為傳統(tǒng)的光耦隔離器，以及容耦隔離器和磁耦隔離器兩類(lèi)數(shù)字隔離器，其中容耦隔離替代傳統(tǒng)光耦隔離的趨勢(shì)明確，容耦隔離已成為隔離芯片市場(chǎng)中的主流發(fā)展方向。

傳統(tǒng)光耦隔離器的工作原理為通過(guò)發(fā)光二極管（LED）將來(lái)自MCU的直流脈沖信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）轉(zhuǎn)為光信號(hào)，經(jīng)PI透明介質(zhì)隔離后，再由光敏元件接收光信號(hào)，而后產(chǎn)生電導(dǎo)率變化，進(jìn)而將其還原為原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。雖然光耦隔離器技術(shù)成熟度較高、成本較低，但由于存在LED光衰、運(yùn)行功耗大與傳輸速率低等固有缺陷，其在高速通信與能效敏感的場(chǎng)景中漸顯乏力。

容耦隔離器的工作原理為通過(guò)OOK調(diào)制技術(shù)將來(lái)自MCU的直流脈沖信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）調(diào)制為高頻載波信號(hào)（具備交流特性），而后通過(guò)電容電場(chǎng)的耦合作用將其傳輸至信號(hào)接收端，信號(hào)接收端再將其解調(diào)還原為原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。

與傳統(tǒng)光耦隔離器相比，采用CMOS工藝的容耦隔離器在信號(hào)傳輸速率、信號(hào)傳輸延遲、隔離電壓、CMTI、運(yùn)行功耗、使用壽命、集成度與溫度適應(yīng)范圍等性能指標(biāo)上的表現(xiàn)更加優(yōu)異，具備顯著的快速迭代能力，其不僅是升級(jí)光耦隔離器的核心替代方案，更是科技持續(xù)進(jìn)步所留下的時(shí)代烙印。

高性能CMT812X，傳統(tǒng)高速光耦隔離器的升級(jí)方案

華普微，作為芯片年出貨量達(dá)數(shù)億顆的物聯(lián)網(wǎng)芯片開(kāi)發(fā)企業(yè)，其自產(chǎn)自研的數(shù)字隔離芯片基于Sub-GHz射頻技術(shù)開(kāi)發(fā)，采用經(jīng)典OOK（On-Off Keying，開(kāi)關(guān)鍵控）射頻調(diào)制方案，是一種在芯片內(nèi)部構(gòu)建了微型無(wú)線射頻收發(fā)系統(tǒng)的高性能容耦隔離器。例如，CMT812X系列容耦隔離器就可作為傳統(tǒng)高速光耦隔離器的升級(jí)方案。

CMT812X系列容耦隔離器采用穩(wěn)健可靠的二氧化硅(SiO2)絕緣柵，不僅支持高達(dá)5 kVRms隔離電壓、8kV浪涌能力以及40年以上的預(yù)期使用壽命，還可顯著增強(qiáng)器件電磁兼容性（EMC），有效滿足系統(tǒng)級(jí)ESD、EFT、浪涌和輻射方面的合規(guī)要求。同時(shí)，默認(rèn)輸出低電平和高電平選項(xiàng)，還能使其更靈活地適用于不同的使用場(chǎng)景。

在應(yīng)用領(lǐng)域方面，CMT812X系列容耦隔離器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、新能源汽車(chē)、光伏逆變器、電機(jī)控制、隔離式SPI以及通用多通道隔離等場(chǎng)合。CMT812X系列芯片可在通信過(guò)程中實(shí)現(xiàn)兩路通道隔離，確保數(shù)據(jù)信號(hào)安全傳輸，特別是在工業(yè)應(yīng)用中，可有效防止噪聲干擾，保證工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

展望未來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的持續(xù)革新與行業(yè)對(duì)系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性要求的不斷提升，容耦隔離器對(duì)傳統(tǒng)光耦隔離器的替代進(jìn)程將進(jìn)一步深化并加速。這一趨勢(shì)不僅會(huì)覆蓋現(xiàn)有工業(yè)自動(dòng)化、光儲(chǔ)充等核心場(chǎng)景，更將向如智能電網(wǎng)、消費(fèi)電子及更多需要高低壓隔離的復(fù)雜系統(tǒng)等場(chǎng)景延伸，助力整個(gè)電力電子產(chǎn)業(yè)向更安全、更高效的生態(tài)體系邁進(jìn)。