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前言:
数字隔离器是一个正在迅猛增长的半导体细分市场。
与传统光耦隔离器件相比,以CMOS工艺为基础的数字隔离器因其漂移小、寿命长、延时短等性能优势,正在得到越来越广泛的应用。
隔离芯片指芯片输入和输出之间具备电气隔离特性的芯片,电气隔离的目的包括高低压电路绝缘、隔离噪声、匹配电平等。
在高压系统或者多电路连接系统中,出于安规或者电气隔离的要求,需要用到隔离芯片。
隔离芯片可以理解成[非隔离芯片]+[隔离通讯部分]的组合体。
但隔离芯片中的非隔离部分与普通的非隔离芯片在参数和设计细节上有所差异,两者互有相 通,而又有一定不同。
除隔离芯片和传感器以外,公司亦围绕汽车、工业关键应用布局非隔离芯片,包括 LED 驱动、电机驱动、负载开关等。
隔离芯片的典型应用包括:
①新能源汽车OBC、主驱以及充电桩中的通讯、驱动、信号采样,由于电压较高(400-800V),出于安全要求需要隔离;
②光伏发电系统中的通讯、驱动、信号采样,1500V 组件电压安规要求隔离确保安全;
③服务器电源、基站电源中多机通讯互连、板级通讯、信号采样等,为了避免信号串扰需要隔离等;
④工业变频器、伺服驱动中的通讯、驱动、信号采样,亦需要通过隔离芯片实现。
根据功能不同,隔离芯片可以分为数字隔离芯片、隔离驱动芯片、隔离采样芯片三类。
其中,按照功能不同,数字隔离芯片又可以分为数字隔离器、隔离通讯接口(CAN、 LIN、485等)。
根据 Markets and Markets 数据,2022 年全球数字隔离芯片市场规模预计约18亿美元,预计到 2027 年增长至27亿美元,2022-2027年CAGR=8.45%。
分下游来看,工业和汽车电子是数字隔离芯片的两个最大应用领域,2020年占比分别达到 28.58%和 16.84%,预计到 2026 年达到 28.80%和 16.79%。
隔离芯片在汽车中有两大应用领域:
①大小三电系统中,为了隔离高压电路与低压电路,对于高压线路的采样、检测,以及 IGBT 的驱动,都需要通过隔离芯片进行;
②在各个电子控制模块(ECU)之间的通讯中,各个模块间往往并没有直接电气连接,为了降低噪声干扰、提升可靠性,可以采用隔离芯片进行通信或控制。
两大应用领域,对应的正是汽车电子两大发展趋势:电动化和智能化。
电动化带动三电系统渗透率提升,隔离芯片受益成长。
随着未来新能源汽车渗透率不断提升,预期对应的大小三电系统隔离芯片需求将维持快速成长态势。
从下游应用来看,数字隔离芯片主要应用于信息通讯、电力自动化、工厂自动化、工业测量、汽车车体通讯、仪器仪表和航天航空等产品及领域。
此外,带隔离驱动的电机在工业领域使用增加、工业物联网对隔离接口的需求和汽车电气化对安规需求提升等因素,进一步促进了数字隔离类芯片市场的发展。
根据Marketsand Markets的《新冠疫情后全球数字隔离器市场预测》报告,苏州纳芯微电子股份有限公司的数字隔离器产品的市场占有率实现了三年三级跳。
在国内市场,2019年,纳芯微的数字隔离器产品跻身前十强,2020年已进一步跻身前八。
2021年纳芯微的数字隔离器产品已位列国内三强,在全球市场竞争中也与国际巨头厂商等分踞前十。
目前,纳芯微已能提供上百款可供销售的数字隔离产品型号,广泛应用于汽车电子、工业控制、信息通讯和消费电子等领域,市场护城河正由深向宽不断拓展。
今年上半年在半导体市场周期拐点的环境下,纳芯微依然实现营收7.93亿元人民币,同比增长132.96%,充分证明了其增长势能。
未来随着新能源发电装机量和储能装机量的增长,隔离芯片需求亦将受益。
根据纳芯微测算:每台新能源汽车使用数字隔离类芯片的数量约为35颗,价值约为 200-300 元,其中每台新能源汽车使用隔离驱动芯片的数量约为 20 颗,价值约为 150 元。
国内新能源汽车的持续增量将带动数字隔离类芯片的需求大幅增长。
相比传统光耦,数字隔离芯片是更新一代、尺寸更小、速度更快、功耗更低、温度范围更广的隔离器件,并且拥有更高的可靠性和更长的寿命。
光耦传输速度相对较慢,且存在较大的传播延迟和偏移。
日益增长的带宽和耗电量对隔离器的性能提出了新的要求,数字隔离芯片的市场 需求因此提升。
数字隔离芯片结合标准 CMOS 硅技术,其采用较小的几何形状,制造 工艺具有更高可重复性和稳定性。
相比光耦,其传输延迟、脉冲宽度失真或偏移、器件一致性和共模瞬态抗扰度(CMTI)等时序参数得到了极大的改善。
由于数字隔离具有功耗低、可集成多个通道等优势,未来数字隔离芯片将进一步替代光耦应用。
随着信息通讯、工业控制、 新能源汽车等领域的发展,数字隔离类芯片正朝着传输速度更快、传输效率更高、集成度更高,和更耐压、更低功耗、更高可靠性的方向发展。
部分资料参考:爱集微APP:《一家中国企业,正在席卷数字隔离芯片市场》,未来智库:《纳芯微研究报告:国内隔离芯片行业领军》,中商情报网:《2022年中国数字隔离芯片行业现状及下游应用分析》,金融界:《隔离芯片即将放量》
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