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隔離器件是將輸入信號進行轉換并輸出，以實現輸入、輸出兩端電氣隔離的一種安規(guī)器件。電氣隔離能夠保證強電電路和弱電電路之間信號傳輸的安全性，如果沒有進行電氣隔離，一旦發(fā)生故障，強電電路的電流將直接流到弱電電路，可能會對人員安全造成傷害，或對電路及設備造成損害。另外，電氣隔離去除了兩個電路之間的接地環(huán)路，可以阻斷共模、浪涌等干擾信號的傳播，讓電子系統(tǒng)具有更高的安全性和可靠性。一般來說，涉及到高電壓（強電）和低電壓（弱電）之間信號傳輸的設備大都需要進行電氣隔離并通過安規(guī)認證。
數字隔離器是最簡單的隔離器件。隔離器件可以分為5 類：數字隔離器，隔離接口，隔離運放，隔離驅動及隔離電源。其中數字隔離器為最簡單的隔離器件。
CMTI（共模瞬變抗擾度,）為衡量數字隔離器性能的關鍵指標。CMTI 是隔離產品最重要的指標之一。 CMTI 指是指瞬態(tài)穿過隔離層以破壞驅動器輸出狀態(tài)所需的最低上升或下降 dV/dt（kV/s or V/ns）。以光伏逆變器系統(tǒng)為例，隔離驅動器有一側的地是懸浮的并且快速切換的。CMTI 是一個關鍵指標，如果 CMTI 能力不夠，可能會導致輸出錯誤，可能會出現電路短路，影響系統(tǒng)安全。對其他應用比如電機驅動器，變頻器也是如此。除了 CMTI 之外，還有 EMC，時序能力，壽命等指標用于衡量數字隔離器性能。
1.1. 數字隔離器：最基礎的隔離器件
數字隔離器是新一代隔離器件。隔離器件廣泛應用于信息通訊、電力電表、工業(yè)控制、新能源汽車等各個領域。從技術路線上來說，隔離器件可以分為光耦和數字隔離芯片兩種。相比傳統(tǒng)光耦，數字隔離芯片是更新一代、尺寸更小、速度更快、功耗更低、溫度范圍更廣的隔離器件，并且擁有更高的可靠性和更長的壽命。
數字隔離又分為磁耦合和電容耦合。磁耦數字隔離器由ADI 設計開發(fā)的一款適合高壓環(huán)境的隔離電路。它是一種基于芯片尺寸的變壓器，采用了COMS工藝+線圈結構，傳輸速度快，可靠性強，但專利封鎖強。電容耦合采用電容做信號傳輸，實現較為簡單，國內公司大多采用電容耦合方案。
1） 光耦：通過電到光到電的形式進行信號傳輸。
2） 容耦：采用高頻信號調制解調將輸入信號通過電容隔離之后傳輸出去。
3） 磁耦：主要通過磁場進行能量傳遞將信號進行隔離傳輸。
從下游應用來看，數字隔離芯片主要應用于信息通訊、電力自動化、工廠自動化、工業(yè)測量、汽車車體通訊等。根據 Markets and Markets 的數據，2020 年數字隔離類芯片在工業(yè)領域上使用最多，占比達 28.58%，其次是汽車電子行業(yè)，占比達16.84%，通信領域位居第三，占比達 14.11%。未來隨著工業(yè)自動化和汽車電氣化進程的推進，根據Marketsand Markets 的統(tǒng)計，與 2020 年相比，2026 年工業(yè)領域、汽車電子領域和通信領域在數字隔離類芯片的市場占比將分別穩(wěn)定在 28.80%、16.79%和14.31%。
隨著工控，新能源汽車及 5G 基站需求持續(xù)景氣，數字隔離器件市場蓬勃發(fā)展。據IHSMarkets 統(tǒng)計，2020 年數字隔離器件市場規(guī)模達到 4.5 億美元，預計到2024 年增長至7.7億美元，CAGR 達+14.3%。
1.2. 隔離接口：通訊接口的安全保障
隔離接口即數字隔離器加接口芯片組合，多用于高壓領域（超48V）。接口芯片是基于通用和特定協(xié)議且具有通信功能的芯片，廣泛應用于電子系統(tǒng)之間的信號傳輸，可提高系統(tǒng)性能和可靠性。接口芯片分為隔離與非隔離兩種，其中非隔離接口芯片占比超70%。
常見的接口為 I2C、RS-485、CAN 等不同標準。其中RS-485 廣泛應用于工業(yè)領域，I2C 及 CAN 接口多用于汽車領域。以新能源汽車為例，隔離接口廣泛應用于主驅，空壓機，OBC，BMS，加熱器等領域，單車用量數量超過 10 顆，單車價值量近100元。
1.3. 隔離驅動：賦能功率半導體
隔離驅動即數字隔離器與驅動芯片的組合。驅動芯片是用來驅動MOSFET、IGBT、SiC、GaN 等功率器件的芯片，能夠放大控制芯片（MCU）的邏輯信號，包括放大電壓幅度、增強電流輸出能力，以實現快速開啟和關斷功率器件。隔離驅動芯片能夠在驅動功率器件的同時，提供原副邊電氣隔離功能容。
在電源與充電樁等高功率應用中，通常需要專用驅動器來驅動最后一級的功率晶體管。給功率管增加驅動的方式有兩種，一種是非隔離驅動，一種是隔離驅動。傳統(tǒng)電路里面經常見到非隔離驅動，在高壓應用中一般采用半橋非隔離驅動，非隔離驅動有很多局限性。
1） 非隔離驅動模塊整體都在同一硅片上，因此耐壓無法超出硅工藝極限，大多數非隔離驅動器的工作電壓都不超過 700 伏。
2） 非隔離驅動耐負壓能力較弱，所以如果采用非隔離驅動，應特別注意兩管間電路設計。
3） 非隔離驅動與控制芯片共地，不夠靈活，無法滿足現在許多復雜的拓撲電路要求。
相比非隔離驅動，隔離驅動就有很多優(yōu)勢，這里以數字隔離驅動來做說明。在數字隔離驅動器內部，有兩塊或更多的硅片，硅片之間通過絕緣材料隔離，而控制信號通過電容型或電磁型方式穿過隔離層來傳遞，從而讓輸入與輸出處于不同硅片上，這種隔離方式能繞過硅工藝極限，可以滿足高耐壓需求，隔離驅動可以承受10kV以上的浪涌電壓。
隔離驅動開發(fā)難度較高，需要適配 IGBT 廠商。隔離產品中隔離驅動開發(fā)難度最高，可靠性要求也最高。使用 IGBT 等功率器件的高壓場景往往會使用隔離驅動，通常一顆IGBT 搭配一顆隔離驅動。由于與 IGBT 密切相關，因此隔離驅動開發(fā)時往往需要與IGBT廠商共同定義，具備 IGBT 研發(fā)能力的廠商隔離驅動芯片能力較強。如英飛凌搭配自家IGBT 共同使用；ADI 與富士通合作緊密，而國產隔離廠商有望與國產IGBT廠商形成緊密合作。
1.4. 隔離采樣：電路信號監(jiān)控者
隔離采樣也稱隔離運放即數字隔離器與運算放大器的組合。隔離采樣包括隔離ADC，隔離電流放大器，隔離電壓放大器等。在工業(yè)和汽車應用的高壓電流檢測中，通常采用基于霍爾的電流傳感器和基于分流器的采樣兩種方案。前者具有天然的隔離特性，而后者需要增加隔離運放或調制器來進行電氣隔離。相較而言，基于分流器加隔離運放/調制器的采樣方案具有更高的精度和更低的非線性度，同時失調電壓和失調電壓溫漂較低，且不易受到外部磁場的干擾。
隔離采樣的需求量取決于采樣通道數。以 BMS 以及MCU 為例。一般MCU中只需要采取一路，部分考慮功能安全方案的放可以采兩路。大型儲能BMS 中可能采集更多。（報告來源：未來智庫）
新能源時代下強電弱電場景增加，安全性需求日益提升。數字隔離類芯片作用是保證強電電路和弱電電路之間信號傳輸的安全性。在新能源時代下，通訊、數據中心、工業(yè)變頻器、伺服、光儲系統(tǒng)、智能電網、新能源車等市場快速發(fā)展，擴大了強電電路和弱電電路的之間信號傳輸的使用場景，同時隨著各類系統(tǒng)對安全性的要求越來越高，隔離芯片被更多的集成到信號鏈和電源類等模擬芯片中，進一步擴大了隔離類芯片的整體需求。
數字隔離芯片應用場景寬泛，新能源車、工控和光伏系統(tǒng)成為應用先驅。從下游需求來看，電動汽車、工控和光伏太陽能系統(tǒng)是率先采納數字隔離器的應用先驅。因為這些系統(tǒng)對體積、轉換效能、成本和高可靠度的要求愈來愈嚴苛，導致傳統(tǒng)光電耦合器的性能逐漸不敷應用需求。此外，帶隔離驅動的電機在工業(yè)領域使用增加、工業(yè)物聯(lián)網對隔離接口的需求和汽車電氣化對安規(guī)需求提升等因素，進一步促進了數字隔離類芯片市場的發(fā)展。根據 Markets and Markets 的數據，2020 年數字隔離類芯片在工業(yè)領域上使用最多，占比達 28.58%，其次是汽車電子行業(yè)，占比達16.84%，通信領域位居第三，占比達 14.11%。
2.1. 光伏裝機量提升帶動隔離需求
光伏新增裝機量持續(xù)提升。根據CPIA數據，2021年全球光伏新增裝機規(guī)模達到170GW，創(chuàng)歷史新高。各國光伏新增裝機數據亮眼，其中，中國新增裝機規(guī)模54.88GW，同比+13.9%。國家能源局數據顯示，2022年1月，我國新增光伏裝機容量7.38GW，同比+212%。未來隨著“碳中和”，“碳達峰”目標的推進，光伏發(fā)電作為環(huán)保發(fā)電方式，其發(fā)展前景廣闊。CPIA預計，2022年全球新增裝機量有望達到195-245GW，中國預計可達75-90GW，繼續(xù)保持高景氣增長。
光伏逆變器中隔離芯片等需求量大。出于安全和可行性考慮，并網PV轉換器把獲得的直流與交流網相隔離。隔離的作用通常是滿足安全法規(guī)的要求。電網電壓和注入電網的電流必須精確監(jiān)控。根據拓撲圖不同，對隔離驅動、隔離采樣、數字隔離以及接口有不同數量的需求。我們將常見的 200kw 逆變器隔離產品需求梳理如下：
1） 隔離驅動：搭配 IGBT，通常一個 IGBT 搭配一顆隔離驅動，200kw逆變器通常4 個模塊，每個模塊對應 4 路，每路對應 2 個 IGBT 單管，合計對應近50個隔離驅動。
2） 隔離接口：按照逆變器通道數計算，通常一套逆變器對應20~30 個通道，對應約5~10 個隔離接口。
3） 隔離運放：一套逆變器平均用 4 個隔離運放。
2.2. 新能源車擴大隔離芯片需求
汽車向新能源化轉型步伐明顯提速。根據中國汽車工業(yè)協(xié)會數據，2021年中國汽車總銷量為2627.5萬輛，同比增長3.8%；新能源汽車銷量為352.1萬輛，同比增長159%，滲透率方面來看，新能源乘用車滲透率持續(xù)提升，2021全年新能源汽車滲透達到13.4%，并于9月份突破20%，而2020年滲透率僅為5.4%。中國新能源汽車銷量占據全球新能源汽車市場50%的份額，新能源車已經實現對燃油車市場的替代效應，并拉動汽車加速向新能源化轉型的步伐，行業(yè)整體呈現出快速發(fā)展的態(tài)勢。據《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》預計到2025年新能源汽車占比將達到20%，我們預計2022年新能源汽車年銷量將有望突破500萬輛，滲透率有望達到20%。
新能源汽車催生更多數字隔離芯片需求。與汽油車相比，新能源汽車的電氣化程度更高。出于安規(guī)和設備保護的需求，數字隔離類芯片也更多地應用于新能源汽車高瓦數功率電子設備中，包括車載充電器（OBC）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、DC/DC轉換器、電機控制驅動逆變器、CAN/LIN 總線通訊等汽電子系統(tǒng)，成為新型電子傳動系統(tǒng)和電池系統(tǒng)的關鍵組件。因此，新能源汽車新增了多種數字隔離類芯片產品的需求。
新能源汽車單車隔離芯片價值量近 400 元。以電機驅動為例，電控單元（ECU）和電機控制器之間的 CAN 通訊需要隔離芯片，功率管和控制器之間需要隔離柵極驅動器，電機驅動的電流采樣需要隔離 ADC/隔離運放。除了對隔離芯片數量需求的提升，新能源汽車還提升了對隔離技術的要求。電池功率密度的提高帶來了電池工作電壓的提高，純電汽車（EV）或各種形式的混合動力電動汽車（HEV）的高壓電池可達到200V-400V，同時具有較高的運行溫度，這要求數字隔離芯片具有高耐壓的特性以及滿足車規(guī)級溫度要求，傳統(tǒng)的光耦的已經不能應對在高溫環(huán)境下工作的需要。我們將新能源汽車隔離芯片用量梳理如下：
主驅：6 顆隔離驅動芯片，2 顆隔離采樣芯片，1 顆can 隔離接口芯片，1顆數字隔離器，3 顆電流采樣芯片。
空壓機：3 顆隔離驅動芯片。2 顆隔離采樣芯片，3 顆電流采樣芯片，1 顆can隔離接口芯片，2 顆數字隔離器。
OBC 和 DCDC：4 顆隔離采樣，隔離驅動 7~14 顆(SIC 單管14 顆，IGBT 用7顆)，6顆電流采樣芯片，2 顆 can 隔離接口芯片。
BMS： 2 顆電流采樣，2 顆數字隔離，1 顆 can 隔離接口，1 顆隔離驅動。
加熱器：2 顆隔離采樣，3 顆隔離驅動，1 顆 can 接口。
PDU：2 顆數字隔離器，1 顆 can 接口。
2.3. 工控為隔離芯片主要應用場景
工控為數字隔離芯片主要應用場景。工業(yè) 4.0 背景下，人機交互情形會隨著機器設備的增長而增多，而工業(yè)用電為 220V 至 380V 交流電，遠超人體的安全電壓36V。為了保障生產人員的人身安全，必須對高低壓之間的信號傳輸進行隔離以保護操作人員免受電擊，該類隔離需求涉及人機交互的各個節(jié)點。具體來說，工業(yè)自動化系統(tǒng)有多個PLC/DCS節(jié)點，每個 PLC/DCS 節(jié)點控制一至多個變送器、機械手、變頻器、伺服等設備，出于安規(guī)需要，上述設備對數字隔離類芯片均有需求。
工業(yè)場景主要是伺服器及 PLC 等產品對隔離芯片需求較多，我們將其隔離芯片的需求梳理如下：
伺服器：變頻器部分主要需求為隔離驅動，每個 IGBT 需求一個隔離驅動。另外根據伺服器通道數情況，需要 5~10 個數字隔離器。
PLC：根據輸入輸出點位決定，每個點位需要一個數字隔離器，平均每個PLC輸入輸出點位約 30 個，即需要 30 個數字隔離器。此外還需要1 顆通訊用的隔離接口。
工業(yè)電驅：工業(yè)電驅需要 2 顆隔離采樣，3 顆隔離電源及3 顆隔離接口。
2.4. 電網智能化帶動隔離芯片需求
隔離與接口芯片產品主要用于智能電網中的用電終端、配電終端、繼電保護終端等各類型設備中，來實現對電網狀態(tài)、計量情況等數據的監(jiān)測和上報。目前隔離芯片在電網中主要應用于斷路器，充電樁和智能電表等場景；智能電表主要用數字隔離器，充電樁主要用隔離驅動，數字隔離器和運放，斷路器主要用數字隔離器；隨著電網智能化進程的推進，應用隔離與接口芯片的終端設備數量的需求量不斷增長。我們將智能電網的隔離芯片需求梳理如下：
智能電表：主要需求為數字隔離器，根據電表通道數計算，通常電表為1-8通道，對應 1~2 個數字隔離器。
直流充電樁：目前在中國，直流充電樁通常使用直流充電模塊功率等級為15-30kW，通過堆棧創(chuàng)建 150kW 新能源汽車充電樁方案。平均每個直流充電模塊需要3 顆隔離驅動，3 顆數字隔離器，2 顆隔離運放及 4 個隔離接口。
交流充電樁：與直流充電樁相比，交流充電樁以更低廉的價格和更簡易的部署得到很多終端客戶的喜愛。主流交流充電樁平均功率為 7kW, 平均每個交流充電樁需要4顆數字隔離，4 顆隔離接口，2 顆隔離運放及 1 顆隔離驅動。（報告來源：未來智庫）
字隔離器—歐美廠商掌握全球市場話語權，國內廠商奮起直追。數字隔離領域的國際市場主要供應商為 ADI、TI、Silicon Labs 等歐美半導體公司，國內主要供應商為納芯微、榮湃半導體等。在隔離技術方面，ADI 于 2007 年率先推出磁耦合技術，SiliconLabs在 2009 年于業(yè)內首發(fā)電容耦合數字隔離技術，TI、納芯微、榮湃半導體使用的均為電容耦合數字隔離技術。納芯微是國內較早規(guī)模量產數字隔離芯片的公司，各品類數字隔離類芯片中的主要型號通過了 VDE、UL、CQC 等安規(guī)認證，并且部分型號通過了VDE0884-11 增強隔離認證，相關隔離與接口產品已成功進入多個行業(yè)一線客戶的供應體系并實現批量供貨。根據 Markets and Markets 的數據，2020 年全球數字隔離類芯片的出貨量為 7.01 億顆，同年納芯微市場占有率為 5.12%。
隔離驅動—擁有 IGBT能力廠商占據主導。目前國際市場驅動芯片的供應商以Infineon、TI、ROHM（羅姆半導體）、ST（意法半導體）、ADI、Silicon Labs 等公司為主，其中Infineon、TI、ADI、Silicon Labs 等企業(yè)推出了可應用于新能源汽車的隔離驅動芯片。由于隔離驅動芯片技術難度較大，需要同時具備高壓隔離技術和驅動技術，國內擁有隔離驅動芯片產品的公司較少。國內納芯微已進入比亞迪、五菱汽車、長城汽車、一汽集團、寧德時代等國內主流終端廠商的新能源汽車供應體系并實現批量裝車。
4.1. 納芯微：隔離芯片領跑者，汽車電動化驅動高成長
傳感+隔離技術組合，主打高壁壘市場。公司自成立以來始終致力于高性能高可靠性模擬芯片設計。形成了以傳感+隔離為核心的產品組合，并逐漸拓展接口及驅動與采樣芯片。公司傳感 ASIC 產品覆蓋壓力傳感器、硅麥克風、加速度傳感器等多品類產品并已實現汽車前裝市場批量出貨。公司數字隔離性能國際領先，主要應用于工控，新能源及汽車等高壁壘市場，并與接口、驅動及采樣芯片結合，構建完整產品矩陣。
主要產品包括信號感知芯片、隔離與接口芯片、驅動與采樣芯片，應用于信息通訊、工業(yè)控制、汽車電子和消費電子等領域，可供銷售產品型號超800 款。憑借從消費級、工業(yè)級到車規(guī)級的產品覆蓋能力以及對客戶應用場景的精準把握能力，公司已與中興通訊、匯川技術、霍尼韋爾、智芯微、陽光電源、？低、韋爾股份等客戶建立深度合作。車規(guī)級芯片已在比亞迪、東風汽車、五菱汽車、長城汽車、上汽大通、一汽集團、寧德時代、云內動力等終端廠商實現批量裝車，同時進入了上汽大眾、聯(lián)合汽車電子、森薩塔等終端廠商的供應體系。
公司收入規(guī)模及利潤規(guī)模呈現大幅上漲。2021 年實現營業(yè)收入約8.62 億元，同比上升 256 %，實現歸母凈利潤 2.21 億元，同比上升 334%。得益于長期的研發(fā)投入和技術積累、芯片國產化的政策支持以及龐大的國內市場需求，公司信號感知、隔離與接口、驅動與采樣等主要芯片產品在各領域取得較大增長。
4.2. 思瑞浦：推出高性能隔離產品，平臺化布局日益完善
泛工業(yè)模擬 IC 龍頭再發(fā)力，隔離產品線進一步拓展。思瑞浦作為泛工業(yè)領域模擬IC 龍頭，公司自 2019 年起便深耕隔離技術，已積累豐富的發(fā)明專利，其中基礎隔離、傳輸電路、工藝優(yōu)化、新型封裝等技術專利共計 9 項，國內領先。
隔離產品性能國際領先。此前，公司已推出 2 通道數字隔離器，獲得客戶認可與好評，2022 年 3 月推出 TPT7740/7741/7742 四通道數字隔離器、TPT7487/7488 隔離RS485、TPT71050/71044 隔離 CAN 等系列隔離產品，適用工廠自動化、電力自動化、電機驅動、電源控制、醫(yī)療等。特別適合碳化硅/氮化鎵的新能源等應用場景。隔離新品性能指標領先。就產品性能來看，隔離電壓等級高、靜電保護與浪涌防護能力強、±200kV/μsCMTI能力國際領先。公司作為泛工業(yè)模擬 IC 龍頭，未來將結合自身信號鏈及電源產品的優(yōu)勢，持續(xù)推出隔離運放、隔離驅動、隔離電源等隔離產品。
品類持續(xù)擴充、平臺化布局越發(fā)完善。公司深耕信號鏈IC，并持續(xù)拓展電源管理、MCU、AFE 等產品線，21 年產品型號累計超過 1600 個，新增400 款以上。且從下游市場來看，21 年公司工業(yè)、汽車電子、醫(yī)療、消費類營收已達4 成以上，隨著隔離、汽車電子平臺的進一步豐富，在工業(yè)、汽車等高性能、高可靠性市場的競爭力將更為凸顯。
