纳芯微:以“一站式”“隔离+”理念重构服务器电源核心竞争力

发布时间:2026-03-05 11:46
作者:AMEYA360
来源:纳芯微
阅读量:1188

  在人工智能技术爆发式增长的推动下,服务器作为数字经济的核心基础设施,正面临着功率密度、能效水平和可靠性的严苛挑战,这让服务器电源的技术演进与产品升级成为行业关注的焦点,也为产业链相关厂商带来了历史性的发展机遇。仅以最热门的AI服务器电源为例,根据Valuates Reports的统计数据,2024年全球AI服务器电源市场规模为28.46亿美元,预计到2031年将增长至608.10亿美元,2025–2031年复合增长率高达45%。

  纳芯微战略市场总监郑仲谦在接受记者采访时表示:“服务器电源是纳芯微泛能源业务领域的重要市场之一(纳芯微泛能源领域包括发电端、输电端、用电端的相关应用),随着能源转型持续推进及AI技术的带动,该领域将保持良好的成长态势。当前,纳芯微在服务器电源领域已占据相对领先地位,可提供包括功率器件、功率驱动、传感器、电源管理、信号链、MCU等在内的完整解决方案,覆盖从前级UPS到AC/DC、DC/DC PSU,再到板级DC/DC的完整供电链条。”

  服务器电源行业:高压化、高效化与高功率密度并行

  当前,全球服务器电源行业正经历三大核心趋势的深度变革。其一是供电架构高压化演进,随着AI服务器功率从几十千瓦跃升至百千瓦级别,传统低压供电架构已难以满足需求,800V或正负400V高压HVDC架构成为主流方向,推动电源器件向更高电压、更高带宽适配升级。

  其二是服务器电源的能效标准持续提升,超越钛金级的能效要求成为行业追求。比如,在80 Plus官网上推出了红宝石级认证:要求230V、227V/480V的内部冗余电源中,PFC在50%负载下的转换效率达到96.5%,且功率因数不低于0.96;100%负载下要求转换效率达到92%,且功率因数不低于0.96。这种对功率的极限压榨,倒逼电源系统在采样精度、驱动效率和电源转换效率上实现突破。

  其三是第三代半导体(氮化镓、碳化硅)的应用普及,这些材料具有优异的特性,可显著降低开关损耗,从而大幅提高功率开关的工作频率,显著提升电源方案的功率密度。而这样的高功率密度方案,需要配套更高驱动强度、更快响应速度、更高可靠性的元器件方案。

  因此,上述趋势对相关元器件应用有着积极的带动作用。比如,纳芯微技术市场经理刘舒婷指出,传统应用中,仅PFC功率因数校准前存在1-2个采样点;随着服务器电源向HVDC(400V、600V、800V)演进,电源模块功率提升至25-30千瓦,为满足效率要求,采样点数量大幅增加——当前一个PSU系统的采样点已达到十几个,整体市场规模实现数倍增长。另外,PSU、DC电源模块、BBU、高压应用等场景的市场机会持续释放,推动整体市场规模不断扩大,为具备核心技术优势的企业提供了广阔的增长空间。

  在这些趋势和机遇背后,国产厂商获得了大量创新机会。当前,服务器电源市场呈现“海外主导、国产突围”的竞争格局——在DC电源模块、VCORE供电等核心领域,海外厂商凭借先发优势和标准制定权占据主导地位,800V电源架构等标准也多由海外企业提出。但在PSU、UPS及二级DC电源供电等领域,国内产业链参与度较高,成为国产厂商的核心突破口。纳芯微等国内企业凭借对本土客户需求的深刻理解、快速的定制化响应能力和完整的产品解决方案,在隔离、采样、驱动等关键器件领域逐步实现进口替代,市场占有率持续提升。尤其是在“隔离+”相关产品领域,纳芯微产品指标领先国内友商,具备较强的竞争力,出货量位居国内第一,形成了良好的市场口碑与客户基础。

  纳芯微一站式解决方案:全链路覆盖服务器电源核心需求

  如上所述,纳芯微针对服务器电源全链条提供一站式解决方案。该方案整合隔离、功率器件、传感器、MCU等多条产品线,能够为PSU、BBU、CBU等核心场景提供完整的器件支持与系统级解决方案。

  在PSU场景中,纳芯微的产品布局覆盖从输入侧整流与功率因数校正(PFC),到高压DC母线,再到隔离DC/DC变换及输出侧的关键功能模块。具体包括:

  电流与电压采样环节:纳芯微提供霍尔电流传感器(如NSM201x、NSM211x、NSM204x)、电流采样方案(NSCSA21x、NSCSA24x),以及隔离放大器与隔离比较器(如NSI1300、NSI1400、NSI1611、NSI22C1x),用于PFC输入侧、母线电压及LLC谐振腔等关键节点的电流、电压监测与保护。

  隔离与驱动环节:针对Si、SiC及GaN功率器件的应用,纳芯微布局了单通道隔离驱动(NSI6601、NSI6601M、NSI6801、NSI6801E),以及非隔离驱动(如NSD1026V、NSD1624、NSD262x),覆盖从PFC到隔离DC/DC级的多种拓扑需求。

  控制与通信环节:纳芯微提供MCU(如高端算力NS800RT7系列,中端算力NS800RT5/3系列,超高性价比入门级NS800RT1系列)、数字隔离器(NSI83xx系列)、隔离I²C(NSI8200)、隔离ADC(NSI130x系列)等器件,用于实现控制侧与高压功率侧之间的安全隔离与可靠通信。

  辅助电源(AUX power)环节:纳芯微提供反激与Buck类电源管理芯片,包括反激电源NSR28C4x、NSR284x、NSR224/60x和将于今年发布的NSV2801/2系列,以及Buck转换器NSR1143x、NSR1103x,为控制、驱动、采样及通信模块提供稳定供电。

纳芯微:以“一站式”“隔离+”理念重构服务器电源核心竞争力

  在BBU与CBU场景中,针对备电与电压稳定需求,纳芯微同样在采样监测、功率驱动、控制通信及辅助供电环节形成完整布局,满足双向DC/DC架构的数字或模拟控制需求。具体包括:

  采样与监测环节:纳芯微提供霍尔电流传感器(NSM201x、NSM211x、NSM204x)以及电阻式电流采样芯片(NSCSA21x、NSCSA24x),用于对锂电池或超级电容的充放电电流及功率回路状态进行实时监测。

  功率级驱动环节:针对BBU & CBU中双向DC/DC拓扑所使用的功率器件,纳芯微提供单通道隔离驱动产品(NSI6601、NSI6601M、NSI6801),以及非隔离驱动器件(NSD1026V、NSD1624、NSD262x),以满足不同功率级结构下的驱动需求。

  控制与隔离通信环节:纳芯微提供隔离RS-485(NSI8308x)、数字隔离器(NSI83xx系列)等器件,用于连接能量存储系统中的控制单元、采样模块与功率级,实现高压环境下的安全通信。系统控制可采用MCU(如高端算力NS800RT7系列,中端算力NS800RT5/3系列,超高性价比入门级NS800RT1系列)完成能量管理与控制策略的执行。

  辅助电源(AUX power)环节:纳芯微提供反激与Buck类电源管理芯片,包括反激电源NSR28C4x、NSR284x、NSR224/60x和将于今年发布的NSV2801/2系列,以及Buck转换器NSR1143x、NSR1103x,为控制、驱动、采样及通信模块提供稳定供电。

  “隔离+”技术:筑牢服务器电源安全防线

  作为纳芯微服务器电源一站式解决方案的核心,该公司隔离器件基于“隔离+”理念实现了多维度技术突破,形成了区别于行业同类产品的独特优势,成为保障服务器电源安全、可靠、高效运行的关键支撑。

  纳芯微技术市场经理谭园表示,“隔离+”是纳芯微隔离产品的核心理念。“隔离+”中的“+”体现在三个维度:增强绝缘的安全防线、全生态的产品矩阵、深度赋能的应用理解。

  一是增强绝缘提升安全。纳芯微提供功能绝缘、基本绝缘、增强绝缘等多等级产品,其中增强绝缘产品超越基本隔离标准,能为对单极绝缘有强需求的系统构筑更稳固的高低压安全边界。且纳芯微针对增强绝缘产品提供对应的认证证书、更高的绝缘等级及长期工作电压,以确保产品寿命。

  二是全产品生态整合。以电容隔离技术IP为核心,衍生出数字隔离器、隔离接口、隔离采样、隔离驱动等完整产品组合,进而实现变压器集成的IC级隔离电源解决方案。这一组合性、延展性的概念能够适配更多场景,为客户提供更高集成度、更小尺寸的产品。

  三是深度赋能应用。基于隔离技术和产品,满足电动汽车高压平台、大功率光储充系统,以及高集成、高效率AI服务器电源的需求,实现系统级的安全、可靠与高效。

  隔离电源:以集成式+分立式方案适配多元应用场景

  随着电子系统对安全性和抗干扰能力要求的日益提升,隔离电源已成为服务器电源设计中的关键环节,即提供电气隔离供电的电源模块。

  在实际电路中,设计人员常使用的隔离器件(如数字隔离器、隔离接口、隔离驱动器)通常需要两个独立的电源供电:原边电源(VDD1)和副边电源(VDD2),且原边与副边不共地,核心目的是实现信号隔离,切断地回路干扰并保护系统安全。然而,如果供电电源本身不隔离,那么信号路径的绝缘意义将大打折扣,整个子电路仍无法实现真正的电气绝缘。因此,为隔离器件配备独立的隔离电源是系统的“强需求”,纳芯微的隔离电源IC产品,正是为了解决这一设计痛点而生。

  纳芯微技术市场经理谭园指出,纳芯微隔离电源产品提供集成式与分立式两种形态,形成优势互补。其中,集成式方案是纳芯微极具特色的方案,将变压器直接集成在芯片内部,实现高度集成化设计,方案尺寸极小且可靠性强、功能完善;分立式方案的核心特点是变压器外置于IC,用户需要自行搭配变压器、副边整流二极管等外围器件,灵活性强但尺寸较大,且变压器外置增加了潜在的失效点。

  在集成式隔离电源领域,纳芯微全新量产的NSIP9xxx系列是极具竞争力的一款产品。该系列产品是5V转5V、0.5W功率的高集成度隔离电源产品,可集成IO接口与隔离通信接口,特别适合对功率密度和板级空间有严格要求的应用场景,例如PC PSU的对外通信、BBU与BMS之间的通信等。

  NSIP9xxx系列具有四大显著优势:

  高集成度小型化:仅需输入输出电容即可工作,无需额外分立器件,与某些传统方案相比,体积有机会缩减至1/10;

  卓越可靠性:内置变压器避免了线圈断裂、运输震动、人工安装等传统风险,无需点胶固定等额外工艺步骤,且该系列产品温度范围宽,可满足严苛环境要求;

  优异EMC性能:该系列产品基于统一IP设计,辐射纹波小,满足严格电磁兼容标准,尤其是辐射(RE)性能;

  全面产品特性:该系列产品安规认证齐全,具备增强绝缘证书,隔离耐压水平优异,VIOSM(浪涌电压)、VIORM(重复工作电压)参数较高,涵盖车规、工业级产品。

  NSIP93086和NSIP9042是NSIP9xxx系列中极具代表性的产品。其中,NSIP93086集成隔离RS485接口与0.5W闭环控制DC/DC,提供宽体16脚、宽体20脚(SOW20)两种封装,尺寸与常规隔离器件相当但功能丰富。谭园称:“对于需要隔离RS485接口,且深受供电方案复杂、板级空间紧张、BOM成本高企困扰的客户而言,这款产品是理想选择。”

  NSIP9042与NSIP93086的核心区别在于集成隔离CAN接口与0.5W DC电源,同样提供16脚、20脚两种紧凑封装,以增强绝缘实现三种功能集成于一颗芯片。

  除了高度集成的NSIP9xxx系列,针对AI服务器电源中大量的灵活设计需求,纳芯微推出了分立式方案NSIP3266。这是一款内置全桥拓扑控制器的芯片,旨在为隔离驱动提供简洁、低成本且易于设计的供电选择。

  服务器电源包含大量功率级,除12V、48V等低压场景外,AC/DC、PFC、PSU等场景均存在隔离驱动需求。尤其是在追求高效率的场景中,功率级拓扑(如多电平)的路数增加,带动驱动供电路数增多,如何以简洁、低成本的方式实现供电(例如一带多的供电架构)是行业挑战。NSIP3266以五大优势赋能这类场景创新:

  宽耐压范围:对前级电源限制小,适应性强;

  集成软启动:无需MCU控制,省去副边限流电阻;

  内置晶振:集成晶振,开关频率自主控制,不占用MCU资源;

  全面保护:集成的欠压、过流、过温保护均为自恢复模式;

  高效率设计:在Demo测试中表现出优异的能效比。

  隔离采样:为高压系统构建安全精准的“信号桥梁”

  在服务器电源以及工业驱动、新能源汽车三电系统等高压应用场景中,核心的技术难点在于如何安全、准确地从高压侧采集信号并传输至低压侧,同时确保低压控制侧免受干扰。在这些应用中,隔离采样产品至关重要。

  纳芯微技术市场经理刘舒婷以服务器电源(PSU)的典型架构为例进行解读:PFC级对输入交流电进行整形和升压,LLC谐振变换器高效完成DC/DC转换,最终形成稳定输出。在整个功率链路中,安全准确地监测电压和电流至关重要。纳芯微的隔离采样芯片被部署于多个关键监测点,包括PFC级输入电压/电流检测、PFC级输出电压检测、LLC谐振腔电流检测与快速过流保护、DC/DC输出电流检测,这些芯片确保了系统在各工作状态下均能可靠运行,并及时响应异常状况。

  根据应用场景和功能需求的不同,纳芯微的隔离采样产品主要分为三类:

  隔离电压采样:用于监测系统各关键节点的电压信号。

  隔离电流采样:用于精确检测回路中的电流。

  隔离比较器:专用于快速硬件保护,如过流、过压的即时关断。

  在这三大隔离采样产品领域,纳芯微拥有丰富的产品组合。隔离电压采样方面,从王牌产品0-2V单端输入的NSI1311,演进至差分输入的隔离运放NSI1312、差分输入的隔离ADC NSI1316,同时推出自带隔离电源的电压采样NSI1361X系列;隔离电流采样方面,从主流产品NSI1300演进至迭代系列NSI1400/1200C,同样推出集成隔离电源的NSI360X系列;隔离比较器方面,纳芯微推出了新型隔离比较器NSI22C12,集成窗口比较器、隔离通道及高压侧LDO,相当于小型电路模块,可直接完成过压或过流保护,特别适用于服务器电源LLC谐振腔的快速过流保护需求。

  为了更好地满足市场对高可靠性、高功率密度及低设计难度的需求,纳芯微在隔离采样领域持续创新。比如,纳芯微集成隔离电源的NSI36xx系列能够帮助设计人员简化设计、降本增效。纳芯微上一代王牌产品NSI13XX需要分别为高压侧和低压侧供电,这在浮地采样等无可用隔离电源的场景下,不仅增加了工程师的设计难度,也占用了较大的PCB面积。NSI36xx系列的出现打破了这一局限,它仅需在低压侧提供单一电源即可正常工作,省去了复杂的高压侧供电电路。这一改进不仅显著降低了电源设计复杂度,还能节省30%-50%的板级面积,在空间受限的场景中优势巨大,同时可降低10%-20%的整体BOM成本。

  同时,NSI36xx系列里还拥有NSI36CXXR这样的差异化新品,集成了内部隔离比较器和差分转单端运放。其中,集成比较器可在1μs左右时间内检测异常状况并触发保护机制,大幅提升系统安全性和可靠性;新增的比例输出架构可直接与后级ADC匹配,减少信号调整电路的设计需求,降低设计成本,同时充分利用后级ADC的满量程,显著提升系统采样精度。

  NSI1611则是纳芯微最新推出的0-4V输入隔离电压采样运放,具有两大系统级优势:

  对地抗扰能力提升:将输入地干扰视为小型电压源,输入范围扩大一倍后,相同扰动电压的影响减小一半,抗扰动能力自然增强。

  系统采样精度优化:理论分析与计算显示,输入范围扩大后,在0-600V系统中,尤其是中低压侧,新款NSI1611(绿色曲线)相比老款NSI1311(红色曲线)的精度提升显著。

纳芯微:以“一站式”“隔离+”理念重构服务器电源核心竞争力

  输入形式方面,NSI1611提供单端或比例输出可选。比例输出版本可将后级参考电压直接接入芯片的Reference引脚,芯片自主完成差分转单端转换及简单自适应放大,帮助客户充分利用后级ADC满量程,提升整体采样精度。

  此外,在隔离比较器方面,纳芯微NSI22C12作为一个高集成度的单芯片方案,有效替代了传统CT方案和分立方案。其内部集成窗口比较器,支持正负阈值设定;集成内部隔离通道,比较后可直接输出隔离数字信号;高压侧集成高压LDO,供电范围从传统的3.5V-5V拓展至3.1V-27V,可直接接入驱动供电,使用简单高效;通过外接电阻即可高精度设置保护阈值,灵活用作过流、过压或过温保护;最核心优势是保护延迟极短,最大仅250纳秒,远超其他方案。

  结语

  在AI技术持续赋能、服务器电源向高压化、高效化、集成化加速演进的背景下,纳芯微以“隔离+”为核心的一站式解决方案正迎来广阔的市场空间。凭借深厚的技术积累、完整的产品布局与持续的创新能力,纳芯微不仅为服务器电源客户提供了安全、可靠、高效的器件支持,更通过技术突破与生态构建,推动着行业技术边界的持续拓展。

  面向未来,郑仲谦表示,纳芯微将继续从以下方面提升服务器电源产品的竞争力:其一,联合国内第三代半导体头部厂商,深化技术合作;其二,基于800V等已推出的标准,联合PSU客户、传统光伏客户(转型高压HVDC拓扑),共同突破DC电源模块、VCORE供电等领域;其三,随着国内核心AI芯片的发展,同步提供配套产品,为国产算力筑牢能源底座。

纳芯微:以“一站式”“隔离+”理念重构服务器电源核心竞争力


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2026-08-05 10:14 阅读量:148
纳芯微丨SafeNovo® | 车载电源系统功能安全系统方案
  在智能驾驶向高阶演进的过程中,高压直流转换器(DC-DC)作为车载电源系统的核心组成部分,承担着将动力电池高压直流电转换为低压稳定电压的关键功能,持续为激光雷达、域控制器及电子门把手等低压负载供电,其输出电压的稳定性与可靠性直接决定上述设备能否正常工作。DC-DC 处于新能源汽车高压电气架构的关键节点,除完成电压变换外,还须集成过压、欠压保护及诊断功能。  本文将围绕车载电源系统的低压安全目标,阐述其功能安全方案的设计思路与实现路径。  01  车载电源的功能安全要求  车载充电机(OBC)负责将外部交流电转换为高压直流电,为动力电池充电,并在 V2L/V2V/V2G 等场景下实现反向逆变;DC-DC 转换器则将电池高压直流电转换为低压为整车低压网络供电,并在整车上电时通过低压电池对高压电容进行反向预充(上高压)。两者在高压电气架构中共享高压直流母线接口,且在功率拓扑、开关器件及磁性元件上存在复用空间,这为集成化设计提供了技术基础。  基于上述特性,OBC 与 DC-DC 转换器的集成化已成为行业主流设计。此类“二合一”乃至“多合一”方案通过共享结构壳体、冷却流道及控制电路,或在功率拓扑层面进一步复用开关器件或磁性元件,有效提升了功率密度,降低了整机重量。集成后的电源系统需同时满足充电高压安全、热安全与低压供电安全等多重目标。尽管现行国标尚未要求低压系统按功能安全流程开发,但高阶智驾与线控底盘等应用的渗透率不断提升,行业实践已对其提出更严苛的要求。  整车安全目标的导出,须基于危害分析与风险评估(HARA),分析故障行为对人员的影响,通过标准化流程评定风险等级,进而推导出整车层面的安全目标。  以车载电源系统的低压安全为例,若 DC-DC 低压侧输出过压,可能对下游低压负载造成直接且不可逆的损害。典型受影响的关键负载包括域控制器、激光雷达、摄像头等智能驾驶感知与决策单元,ABS/ESP 等线控制动执行模块,电动转向助力系统(EPS)控制器,以及行车大灯、制动灯等照明系统。一旦发生过压,上述负载可能在瞬间被击穿或烧毁,进而引发 ADAS 感知与决策功能完全丧失、转向与制动助力异常退出、全车灯光失效、车门锁止系统失控等连锁高危场景。依据 SAE J2980 给出的风险评估方法,可结合故障行为对人身安全影响的严重度、暴露概率与可控性三个维度,对上述场景进行危害分析与等级评定。  图二 低压安全目标推导示例  基于上述危害分析,国内外主流车企已形成技术共识:低压网络功能安全水平实质上构成了整车安全能力的上限。因此,DC-DC 须集成低压过压与欠压的检测及保护功能,一旦检测到相关事件,系统须在故障容错时间间隔(FTTI)内主动进入安全状态,以最大限度阻断故障对后端敏感负载的冲击。  在安全等级分配上,过压检测与关断功能通常按最高等级 ASIL D 进行开发。而在欠压工况下,由于整车低压蓄电池具备一定的储能容量,能在 DC-DC 输出跌落时短期维持关键负载供电,事故可控性相对较高,因此一般遵循 ASIL B 的要求予以实现。  根据上述安全目标,可进一步导出 DC-DC 输出过欠压分级保护的功能安全需求(本文中阈值相关参数仅为示例,具体定义应按主机厂要求):  1. 过压保护  需依据过压幅值定义分层响应策略:  第一级阈值(16V~17V):要求系统在百毫秒级完成检测与关断。该设计允许短时轻度过压不被误触发,以提升系统在负载动态及纹波扰动下的鲁棒性。  第二级阈值(21V及以上):要求系统在微秒级快速响应并立即关断输出,以防止敏感低压负载瞬间击穿。  2. 欠压保护  同样采用分级策略,并根据故障严重程度施加额外的隔离措施:  第一级阈值(低于9V):系统通过毫秒级检测进行故障报告。  第二级阈值(7V及以下):低压蓄电池能量可能反向倒灌进入 DC-DC 输出端,需由硬件电路实现反向过流检测并立即触发保护。  强制隔离要求:与过压保护仅关断输出不同,欠压保护还要求 DC-DC 在停止工作的同时,主动断开与低压蓄电池之间的电气连接,以防止输出端口内部短路时反灌回路无法被安全切断。  未来随着整车低压网络向48V演进,过压与欠压的保护阈值及故障容错时间间隔(FTTI)窗口需重新标定,但分层保护的基本逻辑保持不变。该策略同样可应用于双 DC-DC 冗余供电架构中:当某一路 DC-DC 出现异常过压时,可在规定的时间窗口内关闭故障通道,并由另一路无故障通道持续供电,从而实现故障隔离与功能维持。这种双 DC-DC 冗余设计(例如两路独立的 DC-DC 分别供电或互为备份)在智驾、线控底盘控制器等高安全等级系统中已较为常见,可有效防止单点过压故障导致系统掉电。  02  低压过压保护功能安全方案  在当前的 OBC/DC-DC 控制架构中,主要存在几种不同的架构方案。一种方案采用单颗高性能 MCU 完成全部控制。另一种方案采用 DSP+MCU 的芯片架构:DSP 仅专注于 OBC、DC-DC 的功率算法控制,低压功能及系统相关控制则由 MCU 实现。在功能划分上,还有一种实践是将与交流桩、直流桩、充电插座、充电盖板的复杂交互功能全部集成到 BMS 或 VCU 中,此时 OBC/DC-DC 只需用 DSP 进行功率算法控制,无需 MCU。  上述不同的控制架构在芯片选型及功能集成度上差异显著,这直接决定了 DC-DC 两级过压保护(如第一级慢速保护与第二级硬件快速保护)在实现 ASIL D 系统功能安全时需要采取截然不同的分解与冗余策略。下文将分别围绕上述不同的架构方案,逐一探讨如何通过安全功能设计满足 DC-DC 两级过压保护的 ASIL D 要求。  架构一:单颗高性能 MCU  该架构升级功能安全的核心逻辑是追求每一个核心器件的“功能安全”,即 DC-DC 系统的 MCU、PMIC/SBC 等核心器件本身需要具备对应的 ASIL 等级。OBC 的控制功能视 MCU 资源而定,可以和 DC-DC 控制共用 MCU,或单独用 DSP 进行控制。  图三 单颗高性能 MCU 功能安全升级措施  通过单颗 ASIL D MCU 实现电压监控功能,部分关键安全机制如下:  冗余电压采样  低压电压采样故障在 DC-DC 系统中构成典型的单点失效:一旦采样值偏低,控制环路会误判输出电压不足而持续升压,导致实际电压过冲,同时依赖该采样值的过压保护功能也会随之失效。为消除这一单点风险,需设置两路独立的低压电压采样通道(图四.a),其中一路供应用层软件实现控制功能,监控层软件则同时接入这两路采样信号,执行电压采样合理性校验,从而有效诊断并覆盖该单点故障。  控制与冗余关断  应用层软件专注于功率算法;监控层软件则作为独立安全通道,利用独立的采样与判断逻辑持续监测第一级慢速过压。一旦识别到故障,监控层直接控制安全状态输出信号(图四.b)。在此基础上,引入硬件过压比较器作为第二级快速过压检测,当输出电压超过硬件设定阈值时,比较器直接通过纯硬件链路触发关断,从而以极低延迟(微秒级)响应过压事件(图四.c),与第一级过压保护形成时间域上的分层覆盖,满足对故障容错时间间隔的要求。  关键供电和基础设施安全  关键电源轨(采样参考供电、MCU 主核供电)及硬件比较器电路需由 ASIL D 等级的 PMIC/SBC 供电保障。该 PMIC/SBC 与 MCU 需建立相互看门狗机制,并对各自内部状态进行持续监控,同时通过上电自检确认硬件关断路径完好。任一监控项异常,均触发独立的故障关断路径使系统进入安全状态(图四.d),避免因关键供电、芯片或安全机制失效导致安全目标被违背。  关断路径  故障汇总使能硬件单元(基于或门逻辑),集中汇聚 MCU 监控层软件触发的安全状态、MCU/PMIC 硬件监控层触发的安全状态以及硬件故障相关的安全状态,并直接控制驱动芯片的使能端执行关断(图四.e)。任意一路信号有效,即触发硬件关断。  图四 架构一 功能安全系统框图  架构二:DSP+MCU 组合架构  该架构将功率控制、低压功能与功能安全进行了解耦拆分:两颗 DSP 芯片仅专注于功率算法控制,另由一颗独立的功能安全 MCU 承担低压功能管理、故障检测及安全状态使能。  图五 DSP+MCU 组合功能安全升级措施  与架构一相比,该方案将监控相关功能全部移植到 MCU 中。监控功能的安全等级可依据 DC-DC DSP 是否为功能安全芯片进行灵活分解:图六所示方案中,DC-DC DSP 自身仅执行基本看门狗等监控,达到 ASIL A(D) 等级;而核心监控功能则按照 ASIL C(D) 开发:  冗余电压采样(图六.a);  MCU 监控层检测第一级慢速过压,两路合理性故障过压触发安全状态(图六.b);  硬件第二级快速过压检测触发安全状态(图六.c);  硬件监控层触发安全状态(图六.d);  安全状态汇总触发驱动芯片关闭(图六.e);  与单 MCU 架构的唯一区别在于,该方案将功率相关的 PWM 控制放入了 DC-DC DSP。  图六 架构二 功能安全系统框图  架构三:纯 DSP 组合  升级方案一  当 OBC/DC-DC 的低压相关功能均集成到整车其他控制器的时候,对于 OBC/DC-DC 来说就仅需执行功率控制,这个时候功能安全实现也就转移到了 DSP 中。  图七 纯 DSP 组合功能安全升级措施一  在该双 DSP 冗余架构下,DC-DC 输出级的“检测—判断—执行”安全功能被分解至两颗 DSP,并通过 PMIC/SBC 及外围电路满足相应安全等级,以 DSP 冗余实现系统级高功能安全。关键安全机制细化为以下四个层面:  冗余电压采样  DC-DC 输出电压两路采样信号同时接入 DC-DC DSP 与 OBC DSP,第一路采样仅需提供给 DC-DC DSP 用于功率算法控制,另外两颗 DSP 监控层软件均采样两路进行合理性校验(图八.a)。  控制与冗余关断  正常工作时,由 DC-DC DSP 负责实现输出功率算法控制。与此同时,DC-DC DSP 与 OBC DSP 均具备独立检测第一级慢速过压的能力,并各自控制一路安全状态输出信号。任一 DSP 识别到过压,会通过监控层软件触发关断(图八.b/c),即使 DC-DC DSP 发生失效,冗余 DSP 仍能可靠地使系统进入安全状态。同时第二级快速过压检测和前述架构保持一致(图八.d)。  关键供电与基础设施安全  两颗 DSP 的关键电源轨(包括采样参考供电、主核供电等)、硬件比较器电路均由满足 ASIL D 等级的 PMIC/SBC 提供。该 PMIC/SBC 与 DSP 需建立看门狗机制,并对各自内部状态进行持续监控。DC-DC DSP 也应具备上电自检功能检查硬件关断路径是否正常。任何监控机制检测到异常,都需触发安全状态输出(图八.e)。  关断路径  所有安全状态信号包括:两颗 DSP 监控层软件触发的故障、PMIC/SBC、两颗 DSP 硬件监控层触发的故障以及硬件过压比较器信号,统一汇入一个基于或门逻辑的故障汇总硬件单元,该单元直接控制驱动芯片的使能端执行关断(图八.f)。  图八 架构三 功能安全系统框图一  升级方案二  鉴于基于 DSP 的功能安全监控软件开发存在一定难度(需构建严格的软件分区隔离、双通道交叉比较、程序流检测与窗口看门狗等复杂冗余机制),且对该软件监控自身的鲁棒性(如发生共因失效或软件本身缺陷时可能无法可靠关断)存在顾虑,下述方案完全摒弃 DSP 内部自带的安全机制,转而通过增加独立外部硬件电路来实现第一级电压监控,从而简化系统安全架构的设计。  图九 纯 DSP 组合功能安全升级措施二  与架构三的升级方案一相比,该方案将第一级过压检测移植到硬件比较器进行实现。图十所示方案中,DC-DC DSP 自身仅执行基本看门狗等监控,达到 ASIL A(D) 等级;两级的过压检测均由硬件实现:  控制用电压采样(图十.a);  硬件检测用电压采样(图十.b);  硬件第一级慢速过压检测触发安全状态(图十.c);  硬件第二级快速过压检测触发安全状态(图十.d);  硬件监控层触发安全状态(图十.e);  安全状态汇总触发驱动芯片关闭(图十.f);  图十 架构三 功能安全系统框图二  该方案有三个局限性:  硬件冗余关断与自检  硬件过压慢速保护提供冗余关断路径,必须通过关断路径自检覆盖潜伏失效;该保护路径的自检可能显著延长上电时间,需在安全覆盖与启动性能间取得平衡。  硬件过压滤波的响应  硬件 RC 滤波下,触发时间随过压幅值增大而缩短,无法实现软件的延时一致性;若采用该方案则滤波参数须与客户共同定义并达成一致,避免因响应差异导致鲁棒性问题。  图十一 硬件滤波时间示例  欠压保护功能安全实现  欠压保护采用冗余硬件实现难度较大,部分 DC-DC 要求不带小电池启动,一般由软件实现故障检测。  在电源系统升级的实际落地中,升级方案一采用系统集成与开发简化的设计思路:通过复用现有 MCU 资源实现高功能安全要求,无需额外使用高安全等级的 MCU,从而降低 BOM 成本和开发投入。该方案将软件及系统架构的改动限制在可控范围内,显著缩短开发周期。此外,该设计支持 OBC 系统后续平滑升级功能安全等级,具备良好的架构扩展性。  03  低压欠压保护功能安全方案  在基于上述架构的前提下,第一级欠压故障的检测方法与过压基本一致,但欠压无法采用硬件比较器进行快速检测。第二级欠压故障因 DC-DC 输出端口与小电池之间的压差较大,可利用低压侧反向过流检测实现快速判断。在故障响应中,为避免内部短路导致能量反灌,除停止 DC-DC 功率输出外,还需断开 DC-DC 输出端口与小电池的连接,这就要求在 DC-DC 输出端口配置一个安全开关。同时,DC-DC 还可利用该安全开关断开与闭合前后的电压变化,来判别故障属于 DC-DC 内部还是外部,进而采取不同的关断措施。  图十二 欠压检测功能安全系统框图
2026-08-04 14:31 阅读量:183
国产首款霍尔双码道游标算法磁编码器发布,纳芯微实现双技术路线编码器布局
  近日,纳芯微正式推出双码道游标算法磁编码器芯片NSM350x系列。作为国产首款基于霍尔原理的双码道游标算法磁编码器产品,NSM350x系列可实现高精度单圈绝对值角度检测,进一步丰富纳芯微在高精度角度检测领域的产品布局。  随着NSM350x系列发布,纳芯微成为国内首家同时拥有磁感应与电涡流感应两种技术路线双码道游标算法编码器产品的芯片企业。  其中,NSM350x系列基于霍尔磁感应原理,此前推出的MT6901则基于电涡流感应原理。两类产品可针对不同应用场景、安装结构及性能需求,为客户提供更加丰富的角度检测解决方案。  纳芯微基于磁感应与电涡流技术的  双码道游标编码器产品组合  近年来,机器人、工业自动化及智能装备等应用快速发展,高精度角度检测已成为提升运动控制性能的重要基础。尤其是在机器人关节向小型化、高自由度和中空化结构方向演进的过程中,编码器不仅需要具备更高检测精度,还需兼顾安装空间、结构灵活性与长期可靠性。  针对上述需求,NSM350x系列采用差分霍尔检测架构,结合双码道游标磁环,实现单圈绝对值角度检测,同时集成了纳芯微在磁性角度编码器产品方向上多年积累的自校准算法,提供客户端简便的自校准功能,以消除由元器件失配、机械结构、安装偏差与磁环充磁不均匀等带来的影响。  相比传统方案,产品支持磁环与芯片离轴安装,为中空关节及工业运动控制系统提供更大的机械设计自由度。同时,产品按照AEC-Q100车规级标准设计,可为工业自动化、机器人及汽车电子等应用提供长期稳定可靠的运行保障。  依托NSM350x系列,纳芯微进一步完善了覆盖在轴与离轴应用场景的角度检测产品矩阵。结合此前推出的电涡流双码道游标算法编码器产品,公司已形成涵盖磁感应与电涡流感应两大技术路线的位置检测解决方案,可根据不同应用对于精度、成本、安装结构及环境适应性的需求,为客户提供更灵活的选型空间。  纳芯微面向机器人关节的多元角度检测解决方案  高精度绝对值角度检测能力  在性能方面,NSM350x系列内部集成差分霍尔传感器,可检测垂直于芯片表面的磁场变化,并通过双码道游标算法实现高精度角度测量,绝对角度分辨率最高可达22 bit。在简洁自校准模式下,积分非线性(INL)典型值为±0.3°;在匀速自校准模式下,INL典型值为±0.1°,帮助客户在校准效率和检测精度之间实现灵活平衡。  灵活适配不同尺寸与结构设计  NSM350x系列提供多种磁间距配置,其中NSM3500、NSM3501和NSM3502分别对应1.28 mm、1.5 mm和2mm磁间距游标磁环。  同时,产品兼容16、32和64对极外码道设计,可满足不同尺寸的机器人关节模组及工业控制系统的应用需求。  注:目前NSM3502开放样片申请,同系列其他产品暂未开放。  丰富接口与宽电压支持  NSM350x系列支持ABZ、SPI、PWM、UART及UVW等多种输出接口,兼容3V至5.5V宽电压输入范围,并通过AEC-Q100车规级认证,同时支持硬件复位功能,可进一步提升系统运行稳定性与可靠性。
2026-07-31 13:20 阅读量:241
国际权威认证 | 纳芯微NSSine™实时控制MCU获ISO 26262 ASIL B认证,筑牢车载电机电源安全底座
  近日,纳芯微NSSine™系列实时控制MCU/DSP——中端算力NS800RT5/3 系列 正式通过德国DEKRA颁发的ISO 26262 ASIL B功能安全产品认证(证书编号:ZP/C059/26)。该认证由国际独立第三方权威机构完成全面评估与验证,标志着NSSine™系列在车规级领域的又一重要里程碑,可为车载充电机(OBC)、DC-DC变换器、汽车空调压缩机、热管理系统、充电桩等汽车电子应用提供经过验证的高可靠实时控制解决方案,进一步助力客户加速车规产品开发与量产落地。  国际权威认证,筑牢车规安全基石  ISO 26262是全球汽车行业公认的功能安全标准,针对道路车辆中电子电气系统的安全性提出了严格的开发流程与验证要求。ASIL(汽车安全完整性等级)从A到D分为四级,ASIL B 是车载充电机(OBC)、DC-DC变换器、空调压缩机、热管理系统等应用常见的功能安全等级要求,是车载MCU进入主流汽车供应链的关键准入门槛。  本次认证由德国DEKRA Testing and Certification GmbH独立完成评估与测试,认证依据ISO 26262:2018第2、5、8、9部分要求开展,覆盖产品设计、安全机制及相关硬件要求。  NS800RT3/5系列以SEooC(Safety Element out of Context,脱离上下文安全元件)形式通过认证,可作为安全元件集成至满足ASIL B要求的汽车系统中。根据认证要求,客户可结合产品安全手册完成安全机制配置,并基于系统安全目标开展整车级功能安全验证。  实时控制 x 功能安全  打造车载电源与热管理可靠平台  中端算力NS800RT5/3系列是NSSine™实时控制MCU/DSP产品矩阵的重要成员,面向车载充电机(OBC)、DC-DC变换器、汽车空调压缩机、热管理系统、充电桩等汽车电子应用场景。  在汽车闭环控制系统中,作为核心"决策与执行中心",承担数据采集与验证、控制算法运算、指令输出与监控、故障诊断与响应等关键任务。  此外,产品内置44个基础ASIL B安全功能模块,包括Cortex-M7处理器安全机制、Flash/SRAM ECC校验、CRC校验等。并定义了三项顶层安全目标(TLSR),覆盖:  • 避免MCU输出异常控制值导致受控对象出现非预期动作;  • 正确检测反馈系统输出,避免影响闭环控制;  • 保证通信交互系统正常运行,避免异常功能触发。  当检测到相关故障时,芯片可在故障容忍时间间隔(FTTI)≤100ms内进入安全状态,包括芯片复位或ERRORSTS故障信号触发,从而提升系统整体安全可靠性。  持续深耕功能安全  构建车规级产品矩阵  功能安全是车规级芯片进入全球主流汽车供应链的核心门槛,也是纳芯微持续深耕的战略方向。  2021年12月,纳芯微率先通过ISO 26262 ASIL D "Managed"(体系建立)级别认证;此后持续、系统性地推进功能安全研发能力建设及流程体系优化,并通过德国TÜV莱茵的严格审核,升级至ASIL D "Defined-Practiced"(体系实践)级别——成为国内少数在功能安全领域完成从"体系建立"到"体系实践"能力跃迁的芯片企业。纳芯微正以体系化的功能安全能力为底座,持续推出满足严苛标准的车规级芯片产品,为智能电动化时代的汽车安全保驾护航。
2026-07-24 09:52 阅读量:416
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