2022年隔离器件行业之数字隔离芯片专题分析 汽车电动化驱动数字隔离芯片的需求增长

1.隔离器件之隔离芯片介绍

隔离器件是将输入 信号进行转换并输出，以实现输入、输出两端电气隔离的一种安规器件。隔离芯片功能是保证强弱电路之间信号传输的安全性。电气隔离能够保证强电电路和弱电电路之间信号传输的安全性，如果没有 进行电气隔离，一旦发生故障，强电电路的电流将直接流到弱电电路，可 能会对人员安全造成伤害，或对电路及设备造成损害。

另外，电气隔离去 除了两个电路之间的接地环路，可以阻断共模、浪涌等干扰信号的传播， 让电子系统具有更高的安全性和可靠性。一般来说，涉及到高电压（强电） 和低电压（弱电）之间信号传输的设备大都需要进行电气隔离并通过安规 认证。隔离器件广泛应用于信息通讯、电力电表、工业控制、新能源汽车 等各个领域。

从技术路线上看，隔离器件可分为光耦和数字隔离芯片两种。其中数字隔 离主要为磁感隔离芯片（磁耦）、电容耦合隔离芯片（容耦）和巨磁阻隔离 等类型，巨磁阻隔离的应用相对较少。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。

自 20 世纪 60 年代发布第一批光耦，到 20 世纪 90 年代后期成功开发 CMOS 数字隔离芯片之前，光耦基本上是市场上隔离的唯一解决方案。 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。

2.数字隔离芯片核心成长驱动力

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 Markets and Markets 数据，2020 年数字隔离类芯片在工业领域上使 用最多，占比达 28.58%，其次是汽车电子行业，占比达 16.84%，通信领 域位居第三，占比达 14.11%。未来随着工业自动化和汽车电气化进程的推 进，根据 Markets and Markets 的统计，与 2020 年相比，2026 年工业领 域、汽车电子领域和通信领域在数字隔离类芯片的市场占比将分别稳定在 28.80%、16.79%和 14.31%。

驱动力一：汽车电动化驱动数字隔离芯片的需求增长

与汽油车相比，新能源汽车的电气化程度更高。出于安规和设备保护 的需求，数字隔离类芯片也更多地应用于新能源汽车高瓦数功率电子 设备中，包括车载充电器（OBC）、电池管理系统（BMS）、DC/DC 转 换器、电机控制驱动逆变器、CAN/LIN 总线通讯等汽车电子系统，成 为新型电子传动系统和电池系统的关键组件。

以电机驱动为例，电控单元（ECU）和电机控制器之间的 CAN 通讯需 要隔离芯片，功率管和控制器之间需要隔离栅极驱动器，电机驱动的 电流采样需要隔离 ADC/隔离运放。除了对隔离芯片数量需求的提升， 新能源汽车还提升了对隔离技术的要求。电池功率密度的提高带来了 电池工作电压的提高，纯电汽车（EV）或各种形式的混合动力电动汽 车（HEV）的高压电池可达到 200V-400V，同时具有较高的运行温度， 这要求数字隔离芯片具有高耐压的特性以及满足车规级温度要求，传 统的光耦已不能应对在高温环境下工作的需要。此外，汽车内部设计 简单化发展要求数字隔离芯片具有高集成度，集成了接口、驱动、采 样等功能的隔离芯片更具优势。

目前，国内新能源汽车市场具有较大的增长空间。中国汽车工程学会、 德国汽车工业协会联合编著的《中德电动汽车合作发展报告》显示，自 2015 年起我国新能源汽车连续五年产销量居世界首位。根据中国汽 车工业协会的统计数据，新能源汽车销量在 2020 年增长至 136.73 万 辆，渗透率为 5.40%。2020 年 11 月 2 日，国务院正式发布的《新能 源汽车产业发展规划（2021-2035 年）》提出，到 2025 年计划实现新 能源汽车新车销量占比达到 20%左右。对此中国工业和信息化部解读 称，“2019 年中国新能源汽车的市场渗透率是 4.7%，如果 2020 年达 到 5%，未来 5 年若要实现 20%的目标，每年的年复合增长率必须达 到 30%以上”。国内新能源汽车市场规模的持续扩张将带动数字隔离类 芯片的发展。

我们假设 2025 年全球新能源汽车渗透率分别为 28%，国内渗透率分 别为 40%，2022-2025 年车用隔离芯片单车价值量为 200-250 元。那 么预计 2025 年全球车用隔离芯片市场规模将达到 55 亿元，22-25 年 CAGR 为 40%；国内市场分别为 26 亿元，22-25 年 CAGR 为 34%。

驱动力二：工业自动化驱动隔离芯片增长

工业 4.0 背景下，人机交互情形会随着机器设备的增长而增多，而工 业用电为 220V -380V 交流电，远超人体的安全电压 36V。为了保障 生产人员的人身安全，必须对高低压之间的信号传输进行隔离以保护 操作人员免受电击，该类隔离需求涉及人机交互的各个节点。具体来 说，工业自动化系统有多个 PLC/DCS 节点，每个 PLC/DCS 节点控制 一至多个变送器、机械手、变频器、伺服等设备，出于安规需要，上 述设备对数字隔离类芯片均有需求。除了保护生产人员外，数字隔离 芯片还用于保护模块和隔离噪声信号。工厂自动化中不同模块的电压 不同，如 PLC 的工作信号和通信传输电压都是 24V，而系统核心电子 元件基本都为 5V，此时需要数字隔离芯片保护低压域的器件安全。

另外，工业 4.0 对数控机床的精密控制也提出了更高的要求，这需要 数字隔离芯片来提高系统的抗噪能力，即通过隔离消除噪声干扰；同 样需要数字隔离芯片消除噪声干扰的场景是电机驱动，由于控制板和 马达距离往往会很远，需要较长的通信电缆连接，电缆会和参考电平 地线形成回路，从而带来噪音，需要通过隔离切断地线回路，从而消 除噪声干扰。

驱动力三：通信领域，5G 产业链驱动隔离芯片需求持续增长

在信息通讯行业，数字隔离类芯片主要应用于通信基站及其配套设施 的电源模块中。在 2G、3G 和 4G 时代，信号均是通过低频段传输， 宏基站几乎能实现所有信号的覆盖。但由于 5G 信号通过中高频段传 输，宏基站所能覆盖的信号范围就十分有限。为了保障信号的覆盖程 度，除了增加 5G 宏基站的部署密度之外，还需配套建设大量小基站 来进行高频网络的密集覆盖，因此 5G 电源模块的需求将大幅增长。

另外，5G 频段高频化所带来的覆盖区域变小，除了将导致 5G 时代全 球站点数量倍增外，站点能耗也将翻倍，电源功率密度将因此提升， 平均功率将是 4G 时代的 2.5 倍。随着电源功率提升，功率器件数量、 内部通道数、模块数均随之增加，单个电源模块的数字隔离类芯片需 求量也将大幅增加。另外，由于 5G 设备的散热需求更高，而整个机 房空间有限，需要基站有更智能的温控、监控以及备电能力，基站内 器件也需要更好的耐温能力。这对基站中的器件提出集成化、耐高温、 耐高压的需求。具有隔离功能的电源、驱动、采样、接口等集成化程 度高且耐压能力强的产品将进一步受到市场的青睐。

通信基站 2020 总基站净增 90 万站，其中 5G 基站 59 万站，预计 5G 基站 2030 将新增 122 万，CAGR 达 7.5%。根据国家工信部发布的 《2020 年通信业统计公报》，2020 年，全国移动通信基站总数达 931 万个，全年净增 90 万个。其中 4G 基站总数达到 575 万个，城镇地区 实现深度覆盖。5G 网络建设稳步推进，按照适度超前原则，新建 5G 基站超 60 万个，全部已开通 5G 基站超过 71.8 万个，其中中国电信和 中国联通共建共享 5G 基站超 33 万个，5G 网络已覆盖全国地级以上 城市及重点县市，前期宏基站+后期小基站是我国 5G 建设策略

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