纳芯微工业系统隔离电源设计方案

Release time：2023-02-09
author：Ameya360
source：网络
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　　纳芯微集成隔离电源3CH数字隔离器NIRSP31

　　工业系统设计中，考虑到耐高压、安全、抗噪等因素，对隔离设计的需求越来越广泛，而将信号/功率转化为隔离的方式进行传输一直是系统设计的难点之一。纳芯微作为隔离技术的引领者，一直致力于探索更高集成度、高可靠性、高性价比的隔离电源方案。本文介绍了纳芯微集成隔离电源3CH数字隔离方案，将有效助力开发者简化工业系统设计。

纳芯微工业系统隔离电源设计方案

　　基于片上变压器的隔离电源方案

　　按照不同需求，系统中的隔离供电可划分为驱动隔离供电、采样隔离供电、通信隔离供电三个部分，其中，驱动/采样隔离供电因功率相对较大、布局相对集中，更倾向于采用变压器外置/多绕组输出的供电方案；而对于通信隔离供电，因其布局相对远离系统主功率回路，且功耗相对较低，独立隔离电源模块的形式往往更受青睐。

　　纳芯微NIRSP31采用业内领先的片上变压器技术，单芯片集成了隔离电源和三通道数字隔离器，并使用先进的LGA封装(4mm×5mm)工艺，相对于传统的独立隔离电源模块+光耦/数字隔离器的方案，极大地减小了PCB布板面积和高度，可进一步降低系统成本。

　　NIRSP31与传统隔离电源模块方案

　　方案详细参数对比

纳芯微工业系统隔离电源设计方案

　　*上表中隔离电源模块参数针对某单一料号，不同物料规格存在一定差异

　　NIRSP31 优势小结：

　　01.方案面积减少>200%

　　02.方案成本降低>15%

　　03.配置灵活，输出5V/3.3V可选

　　04.集成闭环控制电路，负载调整率优

　　05.更宽的工作温度范围(-40~125℃)，输出功率温度降额低

　　06.具有使能(EN)引脚，适用于低静态功耗要求应用

　　07.原副边寄生电容小，抗共模干扰能力强

　　08.3000Vrms一分钟绝缘耐压

　　09.集成短路保护/过温保护/欠压保护

　　10.全自动化封装，高可靠性，低失效率

　　11.相较于光耦，传输速率高，寿命长

　　NIRSP31的关键参数&应用场景

　　关键参数

　　① 3kVrms的绝缘耐压

　　② 支持单独MCU I/O电平VDDL

　　③ 供电电压：

　　VDD:   4.5~5.5V      NIRSP31

　　3~3.6V/4.5~5.5V  NIRSP31V

　　VDDL: 1.8~3.6V/4.5~5.5V

　　④ 输出：

　　80mA @ 5V->5V/3.3V

　　60mA @ 3.3V->3.3V

　　⑤ 欠压保护、短路保护和过温保护

　　⑥ 数据速率：20Mbps

　　⑦ 传输延时：<75ns

　　⑧ CMTI：±50kV/us

　　⑨ 工作温度：-40~125℃

　　⑩ 封装：LGA-18(4.00mm × 5.00mm)

　　应用场景

　　两轮车BMS

　　通信备电BMS

　　户用BMS

　　工业电表

　　空气断路器

　　工业BMS：纳芯微一站式解决方案

　　在工业BMS的应用中，NIRSP31可用于电池包MCU与外部ECU间的485和CAN通信隔离，无需再外加隔离电源和输出侧LDO(良好的负载调整率)，确保通信的连续性，保证系统的正常运行。

　　同时，纳芯微也提供工业BMS一站式解决方案，包括双向I2C隔离器 NSI8100、RS485收发器NCA3485/NCA3491、CAN收发器NCA1042/NCA1051、以及双路低边驱动器NSD1025。


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纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑：数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案
行业新闻

纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑：数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案

　　在工业系统 SPI 一主多从通信架构中，为节省 IO 资源，数字隔离器输出通道并联复用是常见设计，但实际应用中极易出现电平无法正常拉高 / 拉低的异常问题，严重影响通信稳定性。本文先梳理工业系统主流通信方式及 SPI 隔离的应用场景，深入剖析数字隔离器输出并联导致电平异常的核心原因，再针对性给出两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断配合软件配置)，并明确实施过程中的关键注意事项，为工程师解决同类 SPI 隔离通信问题提供直接参考。　　01 工业系统常见通信方式　　通信接口是硬件系统中实现数据交换的核心模块，常分为内部通信接口(板级通信)、外部通信接口(对外通信)，如图1，不同接口在速率、距离、复杂度等方面各有特点，是纳芯微产品主要的应用场景之一。图1 板级通信和对外通信　　板级通信　　板级通信为设备内部组件间的通信，通常具备速度快、距离短的特性，通常具备速度快、距离短的特性，常见有UART、I2C、SPI、单总线等。具体参数如表1所示：表1 板级通信具体参数　　对外通信　　对外通信为设备级信号传输，用于实现设备间的数据交互，多采用差分传输方式，具备传输距离远的优势，常见类型包括 RS-232、RS-485、CAN 等，具体参数如下表所示：　　表2 对外通信具体参数　　02 隔离SPI机会点　　SPI全称为Serial Peripheral Interface(串行外设接口)，由摩托罗拉公司开发的一种同步、全双工、主从式串行通讯总线，可以实现一主多从的通讯连接。　　在硬件连接方式上，SPI常用4线制(SCK、MOSI、MISO、CS/SS)，各信号线的传输方向及功能描述如下表3所示：表3 SPI各信号线的传输方向及功能　　SPI一主多从的通讯拓扑，MOSI、MISO、SCK常采用复用接口，节省IO资源，通过独立的CS/SS实现从机选择。如图2所示。图2 SPI 一主多从基础拓扑　　在工业系统中，MCU高压域与低压域之间需要做通讯隔离，纳芯微隔离器NSI8241W(3正1反)适用于SPI信号隔离。对于一主一从的隔离方式，4通道刚好一对一匹配(3正向通道对应SCK、MOSI、CS/SS，1反向通道对应MISO)。对于一主多从的拓扑架构，同样会复用通道节省IO资源，如图3示例。图3 带数字隔离器的SPI主多从拓扑　　03 数字隔离器输出并联问题及解决方案　　数字隔离器隔离SPI复用通道实际测试时，会发现复用MISO会出现电平异常，当一路输入高，一路输入低的情况下，MISO不能完全被拉高或者拉低。如图4，两颗8241 Out口复用，输入分别给高、低时，MISO波形。图4 Vdd1=Vdd2=5.25V，IND1高，IND2低 黄色OutD1=蓝色OutD2≈2.5V　　数字隔离器Out内部为推挽输出：输入为高时，推挽上管导通，输出高电平;输入为低时，推挽下管导通，输出低电平。当输入一高一低时，就会形成分压回路，造成MISO电平异常，如图5，这显然与SPI中规定MISO复用冲突(当SS拉低使能时，从机输出配置为推挽输出，当SS拉高时，从机输出需配置为高阻态，防止多个输出导致电平冲突)。图5 数字隔离器内部分压回路　　查阅NSI8241真值表(如图6所示)，当EN拉低时，数字隔离器可以输出高组态，能够满足SPI复用要求。因此我们给出以下电路调整方案，来实现数字隔离器输出口并联复用需求。图6 NSI241真值表　　方案1　　CS 处增加反向电路，同步使能数字隔离器　　在CS处增加反向电路(NPN、PNP、反相器等，需考虑Vce压降)同步使能数字隔离器。CS拉高禁用时，数字隔离器EN拉低禁用，Out复用输出高。　　方案2　　二极管反向阻断 + 软件配置，实现并联复用　　通过二极管进行反向阻断，配合软件配置合理实现数字隔离器输出并联复用。　　但需要注意的是：　　(1)需添加上下拉电阻，明确默认电平，同时满足信号上升沿、下降沿的时间要求;　　(2)需考虑二极管压降对电平幅值的影响，避免因压降导致通信误判;　　(3)当一路输出通道由高电平切换至低电平时，受寄生参数影响，可能会短暂通过二极管抽取另一通道电流，需重视由此产生的电压尖峰问题。　　结论与建议　　在工业 SPI 一主多从隔离通信场景中，数字隔离器输出通道并联复用是节省 IO 资源的常用方案，但因隔离器内部推挽输出结构，直接并联易导致电平异常。本文通过分析异常产生的核心原因，提供了两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断 + 软件配置)，同时明确了实施过程中的关键注意事项。工程师在实际设计中可根据项目需求选择合适方案，规避电平异常问题，保障 SPI 通信的稳定性。　　高可靠性四通道数字隔离器NSI824x已通过 UL1577 安全认证，支持3kVrms-8kVrms 多档绝缘电压，同时在低功耗下提供高电磁抗扰度和低辐射。数据速率高达 150Mbps，共模瞬态抗扰度 250kV/μs。支持数字通道方向及输入失电默认输出电平配置，宽电源电压可直接适配多数数字接口，简化电平转换;高系统级 EMC 性能进一步提升使用可靠性与稳定性。
2025-12-05 11:20 reading：174
纳芯微车载电源芯片方案，选Ta就稳了！
行业新闻

纳芯微车载电源芯片方案，选Ta就稳了！

　　在智能汽车快速发展的趋势下，电源需求呈现出多样化和分级化的特点，不同系统和应用场景对电源性能提出差异化要求：　　车身控制系统：电源需具备宽电压输入与低静态功耗(Low Iq)，支持冷启动与电压波动下稳定供电，提升整车待机能效与续航。　　智能座舱与信息娱乐：电源需提供低噪声、高精度输出与良好 EMI 抑制，确保数字接口、主机与音视频处理链路稳定运行。　　ADAS/自动驾驶系统：电源需实现快速瞬态响应、高 PSRR 与低输出噪声，避免供电波动影响传感感知与系统决策精度。　　新能源动力与控制单元：电源需支持高压输入、长期可靠运行，并集成完整保护(过流/过压/过温)，保障 BMS/OBC/DCDC 及电驱系统安全稳定工作。　　纳芯微推出车载电源一站式芯片解决方案，涵盖从一级LDO、二级LDO到一级Buck、二级Buck的完整产品组合，为客户提供全方位电源供电支持!　　一级LDO NSR31/33/35xxx：超低静态功耗，电池直连首选　　二级LDO NSR30x0x：低噪声高精度，敏感电路专用　　一级Buck NSR114xx：高效率，低EMI，宽压直连更安心　　二级Buck NSR110xx：高效率、低功耗，后级供电优选
2025-12-02 11:51 reading：260
纳芯微NSUC1610成功斩获「年度优秀电机控制技术产品奖」！
行业新闻

纳芯微NSUC1610成功斩获「年度优秀电机控制技术产品奖」！

　　近期，用于汽车电子执行器的纳芯微马达驱动芯片NSUC1610在「2025 第六届电机控制技术市场表现奖」评选中脱颖而出，成功斩获「年度优秀电机控制技术产品奖」!　　获奖产品核心情报　　作为国内首款高集成度车用小电机驱动芯片，NSUC1610 首发即实现量产装车，已覆盖国内主流 OEM，核心优势拉满：　　• 高集成设计：内置 4 路半桥驱动器，可灵活控制有刷直流电机、无刷直流电机、步进电机等小功率电机;　　• 车规级可靠性：符合 AEC-Q100 标准，最高结温可达 175°C;　　• 超强耐压保护：集成过压保护功能，LIN 端口耐压范围 - 40V~40V，BVDD 引脚电压范围 - 0.3V~40V，;　　• 高效内核架构：基于 ARM Cortex-M3 内核，采用哈佛结构，独立数据总线与地址总线提升传输效率。
2025-12-02 09:48 reading：250
连续5年获奖，纳芯微荣膺第二十届“中国芯”“整车芯应用卓越产品”和“优秀技术创新产品”
企业动态

连续5年获奖，纳芯微荣膺第二十届“中国芯”“整车芯应用卓越产品”和“优秀技术创新产品”

　　近日，以“芯生万物 智算无界”为主题，2025年“中国芯”集成电路产业促进大会暨第二十届“中国芯”优秀产品征集结果发布仪式在珠海横琴圆满举办。活动期间，纳芯微凭借在汽车电子领域的系统级应用能力与技术创新实力，荣膺“中国芯”两大奖项—— “整车芯应用卓越产品” 与 “优秀技术创新产品”，成为业内极少数在同一年同时获此双项荣誉的企业。获奖产品分别为 全集成嵌入式电机控制芯片 NSUC1610-Q1QNR 与 汽车级集成式耐腐蚀绝压传感器 NSPAS5 系列。　　“整车芯应用卓越产品”主要表彰对国内汽车工业发展具有突出贡献的车规级芯片。该奖项强调产品的关键参数竞争力、可靠性稳定性、技术路线清晰度及在整车关键域控中的广泛落地情况。获奖产品 NSUC1610 是国内首款高集成度车用小电机驱动芯片，填补国内新能源汽车热管理电机控制处理器“MCU+”芯片空白，已覆盖国内多家主流 OEM。“优秀技术创新产品”旨在表彰具备显著技术突破与创新价值的集成电路产品。NSPAS5 系列具备业界领先的响应速度(<1ms)，支持模拟比例 / 绝对输出，量程覆盖 10kPa~400kPa 可定制，并具备高耐腐蚀能力，面向汽车动力系统、热管理等核心应用场景。　　自2021年以来，纳芯微连续5年荣获“中国芯”奖项，产品覆盖车规级MEMS绝压压力传感器晶圆NSP163X系列(2021)、高可靠性隔离式双通道栅极驱动器NSI6602系列(2022)、高压半桥栅极驱动器NSD1624(2023)、40V车规级32细分步进电机驱动器NSD8381(2024)，标志其在汽车、泛能源领域，围绕应用创新的丰硕成果及市场认可，实现集成电路关键核心技术突破，加速科技创新和产业创新融合。截止2025年上半年，纳芯微汽车电子累计出货量超过9.8亿颗。　　关于“中国芯”优秀产品评选　　“中国芯”优秀产品评选活动由中国电子信息产业发展研究院主办，自2006年启动以来已成功举办二十届。该活动坚持以应用为导向，持续推动评选机制创新，致力于成为中国集成电路产品与技术发展的“风向标”。　　活动始终秉持“以用立业、以用兴业”的发展思路，通过建立公正、专业的中国芯产品推荐机制，为国内集成电路企业搭建起一个展示优秀产品和技术的公益性平台，助力我国集成电路产业实现高质量发展。
2025-11-25 09:37 reading：325
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