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(1)功率器件驅(qū)動器基本介紹
功率器件驅(qū)動器是電力電子系統(tǒng)的低壓信號控制電路和高壓主電路之間的接口,是功率器件應用的關(guān)鍵技術(shù)與難點之一。功率器件中的晶體管和晶閘管在應用中需要驅(qū)動器的驅(qū)動信號才可運行,功率器件驅(qū)動器的通常作用是電氣隔離、信號傳輸與放大及功率器件的保護。因此,功率器件驅(qū)動器是功率器件應用中必不可少的核心部件,二者在終端應用中以相互匹配的方式實現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的功能。
①實際應用方面,功率器件驅(qū)動器應用場景與功率器件基本一致,廣泛應用于光伏發(fā)電、風力發(fā)電、工業(yè)控制、新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)、家用電器、消費電子等領(lǐng)域。
A、光伏發(fā)電、風電發(fā)電領(lǐng)域,功率器件驅(qū)動器是風電變流器和光伏逆變器的核心部件,由于新能源發(fā)電輸出的電能不符合電網(wǎng)并網(wǎng)要求,需通過風電變流器或光伏逆變器進行電能變換后輸入并網(wǎng),功率器件驅(qū)動器與功率器件搭配使用,在電能變換中起到關(guān)鍵作用;
B、工業(yè)控制領(lǐng)域,功率器件驅(qū)動器廣泛應用于電機調(diào)速系統(tǒng)、不間斷電源、工控變頻器、逆變焊機中,通過與功率器件搭配使用,為工業(yè)自動化提供高效靈活的電能輸出;
C、新能源汽車領(lǐng)域,功率器件驅(qū)動器主要應用于電機驅(qū)動控制系統(tǒng)、車載空調(diào)控制系統(tǒng)、充電樁等;
D、軌道交通領(lǐng)域,IGBT等功率器件及其驅(qū)動器是軌道交通車輛牽引變流器和各種輔助變流器的主要電力電子器件;
E、智能電網(wǎng)領(lǐng)域,電網(wǎng)儲能逆變器與柔性直流輸電系統(tǒng)、柔性交流輸電裝置均需大量使用IGBT等功率器件及其驅(qū)動器。
②驅(qū)動電壓方面,根據(jù)驅(qū)動的功率器件電壓級別不同,功率器件驅(qū)動器電壓范圍一般劃分為三類:低壓(600V以下)、中壓(600V-1,200V)、高壓(1,700V-6,500V)。低壓功率器件主要應用于消費電子、家用電器等領(lǐng)域,中壓功率器件主要應用于新能源汽車、光伏發(fā)電、儲能等領(lǐng)域,高壓功率器件主要應用于風力發(fā)電、軌道交通、智能電網(wǎng)、
船舶推進、高壓變頻等領(lǐng)域。功率器件應用電壓級別越高對功率器件驅(qū)動器的技術(shù)要求越高,大功率器件需高可靠性、多功能、高智能化的驅(qū)動策略。公司產(chǎn)品擁有高可靠性的技術(shù)優(yōu)勢,中高壓領(lǐng)域的板級驅(qū)動器產(chǎn)品處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。
③電氣隔離方面,功率器件應用中弱電側(cè)與強電側(cè)通常需要電氣隔離。根據(jù)隔離技術(shù)差異,功率器件驅(qū)動器可以分為光隔離、磁隔離和容隔離技術(shù)方案。光隔離技術(shù)方案常用的方法是采用光耦或光電轉(zhuǎn)換器,光隔離技術(shù)優(yōu)勢在于抗干擾能力強、電磁兼容性好,可適用中高壓在內(nèi)的各種電壓等級的功率器件;
磁隔離技術(shù)使用的元器件是脈沖變壓器或者無磁芯變壓器,該隔離技術(shù)具有傳輸速度快、使用壽命長的優(yōu)勢;容隔離技術(shù)采用電容耦合器作為耦合元件,具有傳輸速度快、性價比較高的特點,主要覆蓋1,700V及以下電壓等級。報告期內(nèi),公司的產(chǎn)品以光隔離方案為主,兼具磁隔離和容隔離方案,此外,公司已推出專用驅(qū)動ASIC,可以兼容光隔離、磁隔離、容隔離的技術(shù)方案,進一步提高公司產(chǎn)品的隔離方案覆蓋范圍。
④信號處理方式方面,根據(jù)信號處理方式不同,功率器件驅(qū)動器可以分為模擬驅(qū)動器與數(shù)字驅(qū)動器,數(shù)字驅(qū)動器通過數(shù)字控制器加載專用信號處理軟件實現(xiàn)驅(qū)動電路的各類信號的傳送、處理與分析等功能,可通過更新軟件來改變對各類信號的處理方式;模擬驅(qū)動器通常通過分立元器件的組合或?qū)S秒娐吠瓿尚盘柕膫魉团c處理,一般需要通過變更硬件來調(diào)整信號處理方式。
在中高壓、大功率領(lǐng)域,數(shù)字驅(qū)動器較模擬驅(qū)動器存在一定優(yōu)勢,主要體現(xiàn)在三個方面:
一是高可靠性,數(shù)字驅(qū)動器可集成更完善的保護功能,在實施保護功能的基礎(chǔ)上,兼具系統(tǒng)在線監(jiān)測與故障定位功能,有效降低故障發(fā)生率,提高功率器件運行可靠性;
二是高智能化,數(shù)字驅(qū)動器集成控制、保護、監(jiān)測、分析功能于一體,通過搭載數(shù)字驅(qū)動軟件以及軟硬件的合理搭配實現(xiàn)數(shù)字化控制方案,可實現(xiàn)功率器件運行狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、開關(guān)故障定位、系統(tǒng)交互通信等功能,為功率系統(tǒng)智能化運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ);
三是高靈活性,數(shù)字驅(qū)動器具有可編程性,只需加載不同驅(qū)動程序,就可以適配不同的功率器件及系統(tǒng)需求,實現(xiàn)功率系統(tǒng)的優(yōu)化運行,數(shù)字驅(qū)動器針對不同類型的故障,可執(zhí)行差異化關(guān)斷保護的控制策略。
數(shù)字驅(qū)動器較模擬驅(qū)動器的劣勢主要在于成本相對較高、設(shè)計相對復雜等,一方面,數(shù)字驅(qū)動器需外購可編程邏輯芯片等元器件以搭載驅(qū)動軟件,相應原材料成本較模擬驅(qū)動器更高,另一方面,數(shù)字驅(qū)動器高可靠性等性能的實現(xiàn),不僅需要合理的軟硬件設(shè)計,還需要將兩者進行高效搭配,使得驅(qū)動器產(chǎn)品的設(shè)計復雜度增加。
在中高壓、大功率領(lǐng)域,數(shù)字驅(qū)動器憑借其高可靠性、高智能化、高靈活性等優(yōu)勢在功率器件實際應用場景中更符合當前數(shù)字化發(fā)展需求。報告期內(nèi),公司的功率器件驅(qū)動器產(chǎn)品主要為數(shù)字驅(qū)動器。
⑤產(chǎn)品形態(tài)方面,根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)分類,功率器件驅(qū)動器可以分為驅(qū)動IC和板級驅(qū)動器。驅(qū)動IC是集成單一驅(qū)動功能、隔離功能或基礎(chǔ)保護功能的芯片,主要用于驅(qū)動中低電壓的功率器件,實際應用中,驅(qū)動IC需要根據(jù)實際應用場景搭建外圍電路并集成在PCB上使用;板級驅(qū)動器功能較驅(qū)動IC更為完善,主要用于驅(qū)動中高電壓等級的功率器件,一般可以直接搭配功率器件使用。
(2)功率器件驅(qū)動器行業(yè)發(fā)展情況
①功率器件驅(qū)動器產(chǎn)品市場格局
功率器件驅(qū)動器市場中產(chǎn)品主要包括驅(qū)動IC和板級驅(qū)動器。
A、從應用領(lǐng)域來看,由于覆蓋電壓范圍不同,兩者的優(yōu)勢應用領(lǐng)域存在一定差異。驅(qū)動IC覆蓋電壓范圍以1,200V及以下為主,其主要應用領(lǐng)域為新能源汽車、工業(yè)控制、光伏發(fā)電、儲能、家用電器等中低壓領(lǐng)域;板級驅(qū)動器功能較為完善,覆蓋電壓范圍以1,200V及以上為主,也可向下兼容600V及以上中壓范圍,其主要應用領(lǐng)域為風力發(fā)電、軌道交通、光伏發(fā)電、智能電網(wǎng)、船舶推進、高壓變頻等中高壓領(lǐng)域。兩者在600V-1,200V的中壓范圍存在一定重合應用領(lǐng)域。
B、從技術(shù)側(cè)重點來看,板級驅(qū)動器和驅(qū)動IC的技術(shù)側(cè)重點存在差異。板級驅(qū)動器作為強弱電的接口,通常工作在復雜的電磁環(huán)境中,其技術(shù)重點在于驅(qū)動方案設(shè)計、測試驗證、產(chǎn)業(yè)化應用等,其中驅(qū)動方案設(shè)計包括實現(xiàn)電氣隔離、信號傳輸與放大、保護等功能的驅(qū)動電路及驅(qū)動程序設(shè)計、中高壓多模塊并聯(lián)的驅(qū)動設(shè)計、中高壓不同拓撲結(jié)構(gòu)的驅(qū)動設(shè)計等。
板級驅(qū)動器具有功能完善、高可靠性的特征,為功率器件驅(qū)動器在應用端的最終應用形式。不同于板級驅(qū)動器,驅(qū)動IC一般將驅(qū)動及部分保護、隔離功能集成于芯片中,驅(qū)動IC的核心技術(shù)體現(xiàn)于芯片設(shè)計、封裝及隔離技術(shù)。驅(qū)動IC應用時,需要針對性搭建外圍電路,對終端應用商的外圍電路設(shè)計及應用能力有較高要求。
C、從產(chǎn)品關(guān)系來看,兩者在中壓范圍(600V-1,200V)存在既競爭又互補的關(guān)系。在高壓范圍(1,700V-6,500V),板級驅(qū)動器主要使用基礎(chǔ)功能 IC(隔離、采樣等)以及電容、電阻、電感等基本元器件設(shè)計驅(qū)動方案;在低壓范圍(600V 以下),驅(qū)動 IC 通常集成在終端產(chǎn)品中;但在中壓范圍(600V-1,200V),板級驅(qū)動器除使用上述高壓范圍的驅(qū)動設(shè)計方案外,也存在使用驅(qū)動 IC 并搭配外圍電路構(gòu)成板級驅(qū)動器的產(chǎn)品形態(tài),因此兩者存在既競爭又互補的關(guān)系。
驅(qū)動IC產(chǎn)品標準化程度較高、體積較小,滿足中低壓領(lǐng)域市場需求。終端應用商一般需自行設(shè)計開發(fā)驅(qū)動IC的外圍電路,對于復雜工況下驅(qū)動IC的應用具有較高的技術(shù)門檻;板級驅(qū)動器功能更為強大、使用便捷,在中高壓市場優(yōu)勢較為突出,同時也可向全電壓范圍兼容,充分滿足功率器件終端應用對安全性、可靠性、穩(wěn)定性的要求。兩種形態(tài)產(chǎn)品各有優(yōu)缺點,且在各自優(yōu)勢領(lǐng)域有競爭壁壘,相互之間互為補充。
全球功率器件驅(qū)動器市場上,驅(qū)動IC單價低,產(chǎn)品數(shù)量占比高,主要為中低電壓等級產(chǎn)品(1,200V及以下);板級驅(qū)動器集成功能完善,產(chǎn)品單價高,主要應用于中高壓領(lǐng)域。
②功率器件驅(qū)動器產(chǎn)業(yè)格局
產(chǎn)業(yè)格局方面,功率器件驅(qū)動器市場主要有兩種類型的生產(chǎn)商,包括綜合性電力電子器件生產(chǎn)商和專業(yè)化功率器件驅(qū)動器生產(chǎn)商。
中國功率器件驅(qū)動器市場起步較晚,近年來,國內(nèi)市場需求增長疊加國際半導體供應鏈受阻,國內(nèi)功率器件驅(qū)動器生產(chǎn)商憑借技術(shù)研發(fā)積累及本地化優(yōu)勢,逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代。
國內(nèi)半導體生產(chǎn)商納芯微、比亞迪半導、圣邦股份等公司的驅(qū)動IC產(chǎn)品在新能源汽車、新能源發(fā)電等領(lǐng)域逐步提高市場份額;國內(nèi)專業(yè)化功率器件驅(qū)動器生產(chǎn)商以較強的電力電子技術(shù)、豐富的本地化應用積累、優(yōu)質(zhì)的配套服務(wù)在國內(nèi)大功率領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢,并憑借本地化技術(shù)服務(wù)優(yōu)勢進一步提高國內(nèi)市場份額,包括聯(lián)研國芯、青銅劍技術(shù)、落木源、飛仕得等企業(yè)。
(3)功率器件驅(qū)動器市場需求及發(fā)展趨勢
①市場需求情況
功率器件驅(qū)動器并非終端產(chǎn)品,而是與功率器件、控制器等共同構(gòu)成一套功率系統(tǒng),主要應用于風電、光伏、儲能行業(yè)、工業(yè)控制及電源行業(yè)、新能源汽車、軌道交通、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。功率器件驅(qū)動器滿足下游市場新增需求,主要下游市場情況如下:
A、風電、光伏、儲能行業(yè)
在全球“碳中和”目標下,降低對化石能源的依賴,增加風能、太陽能的使用已經(jīng)成為世界各國的共識。新能源發(fā)電的迅速發(fā)展將成為功率器件驅(qū)動器行業(yè)持續(xù)增長的全新動力。
風電、光伏和儲能中的整流器和逆變器都需要用到功率器件驅(qū)動器。風電變流器中的功率器件以IGBT為主,需搭配相應的IGBT驅(qū)動器,幫助變流器實現(xiàn)“交流-直流-交流”的轉(zhuǎn)換;光伏逆變器中使用功率器件及功率器件驅(qū)動器實現(xiàn)直流到交流的逆變功能;儲能變流器中通常使用SiC MOSFET或IGBT,需配置對應的功率器件驅(qū)動器。
國家能源局顯示,截至2021年,全國可再生能源發(fā)電裝機達到23.8億千瓦。其中,風電裝機3.3億千瓦、光伏發(fā)電裝機3.1億千瓦,風電和光伏合計占可再生能源發(fā)電裝機總量的26.89%。國務(wù)院關(guān)于“碳達峰碳中和工作”的意見中明確表示:到2030年,風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上,風電、光伏領(lǐng)域功率器件驅(qū)動器市場需求廣闊。
a、風力發(fā)電
隨著近年來對環(huán)境的整治力度加大,我國逐漸從煤炭發(fā)電轉(zhuǎn)向環(huán)保的新能源發(fā)電,風力發(fā)電量逐年增長,如今風力發(fā)電已成為風能利用的主要形式。2013年以來,我國風電市場份額穩(wěn)步提升,2013年,風電累計裝機容量為75.48GW,僅占全口徑發(fā)電設(shè)備容量的1.19%,截至2022年,增長至366.11GW,占全口徑發(fā)電設(shè)備容量比例提升至14.27%。
b、光伏發(fā)電
根據(jù)聯(lián)合國馬德里氣候變化大會的《中國2050年光伏發(fā)展展望》,從2020年至2025年階段開始,中國光伏將啟動加速部署;2025年至2035年,中國光伏將進入規(guī)模化加速部署時期,到2050年,光伏將成為中國第一大電源,約占當年全國用電量的40%,未來光伏發(fā)展的空間和潛力仍然較大。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,2014年至2022年光伏裝機容量均呈現(xiàn)快速增長趨勢,2022年光伏累計裝機容量為393.97GW,年復合增長率為40.12%。
光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨立光伏發(fā)電系統(tǒng),并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分為集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng),根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù),2022年,新增光伏并網(wǎng)容量87.41GW,較上年增長59.27%,其中新增集中式光伏電站36.29GW,新增分布式光伏電站51.11GW。光伏發(fā)電市場發(fā)展前景良好,市場增長空間廣闊,根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預測,2023年全球光伏新增裝機規(guī)模在280GW至330GW,我國光伏新增裝機規(guī)模在95GW至120GW。
c、儲能
2021年7月23日,國家發(fā)改委、國家能源局正式發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》,到2025年,實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,同時裝機規(guī)模要達到30GW以上。儲能在我國的電力市場主要有四個應用領(lǐng)域,包括可再生能源并網(wǎng)(發(fā)電側(cè))、輔助服務(wù)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。儲能裝機量的提升有助于功率器件驅(qū)動器、功率模組在新能源發(fā)電市場的應用進一步拓寬。
中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會發(fā)布《2022儲能產(chǎn)業(yè)應用研究報告》數(shù)據(jù),2021年,中國新增儲能裝機7.4GW;根據(jù)國家能源局數(shù)據(jù),2022年,傳統(tǒng)儲能中占比最高的抽水儲能新增8.8GW,截至2022年底,全國已投運新型儲能項目裝機規(guī)模達870萬千瓦,平均儲能時長約2.1小時,比2021年底增長110%以上。儲能市場需求增長較快。
B、工業(yè)控制及電源行業(yè)
功率器件驅(qū)動器在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛的應用,應用場景包括變頻器、逆變焊機、不間斷電源系統(tǒng)(UPS電源)等。功率器件驅(qū)動器配套IGBT、MOSFET等功率器件使用,根據(jù)集邦咨詢(Trendforce)數(shù)據(jù),2019年全球工業(yè)控制市場IGBT市場規(guī)模約為140億元,中國工業(yè)控制市場IGBT市場規(guī)模約為30億元,預計到2025年全球工業(yè)控制IGBT市場規(guī)模將達到170億元;根據(jù)Yole數(shù)據(jù),2020年工業(yè)控制用硅基MOSFET市場規(guī)模約為10億美元。
變頻器:我國變頻器行業(yè)的市場規(guī)模整體呈上升態(tài)勢,變頻器靠內(nèi)部IGBT或MOSFET作為開關(guān)來調(diào)整輸出電壓的幅值和頻率,進而達到節(jié)能、調(diào)速的目的。2021年11月國家發(fā)布《電機能效提升計劃(2021-2023)》,變頻器需求增加促進功率器件驅(qū)動器相關(guān)產(chǎn)品的市場需求。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),2019年我國變頻器市場規(guī)模達到495億元,預計到2025年市場規(guī)模將達到883億元,變頻器用功率器件驅(qū)動器需求有望保持穩(wěn)定增長。
逆變焊機:根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù),2020年我國電焊機產(chǎn)量為1,108.93萬臺,同比2019年增加了158.87萬臺,隨著逆變焊機的滲透率提升,逆變焊機中用的功率器件驅(qū)動器需求同步提升。
不間斷電源(UPS):根據(jù)GGII數(shù)據(jù)顯示,2019年,國內(nèi)UPS銷售量達到152.6萬臺,UPS市場的發(fā)展有利于推動功率器件驅(qū)動器的需求。
C、新能源汽車
功率器件驅(qū)動器是新能源汽車電控系統(tǒng)、車載空調(diào)控制系統(tǒng)、充電樁等設(shè)備的核心部件之一,以上單元使用功率器件,均需高可靠性的驅(qū)動器配合工作:
a、電控系統(tǒng):功率器件作用于電控模塊,將直流變交流后驅(qū)動汽車電機,常用MOSFET、IGBT和SiC MOSFET器件;
b、車載空調(diào)控制系統(tǒng):實現(xiàn)小功率直流/交流逆變,常用MOSFET、IGBT、二極管和SiC MOSFET等器件;
c、充電樁及車載充電機:實現(xiàn)交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娸敵?,常用IGBT或SiC MOSFET器件作為開關(guān)器件。
新能源汽車滲透率提高帶來功率器件驅(qū)動器的廣闊增量。中國《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》提出新能源汽車發(fā)展愿景:計劃到2025年,國內(nèi)新能源汽車滲透率達到20%,新能源汽車滲透加速以及配套設(shè)施充電樁數(shù)量的同步提升,促進功率器件驅(qū)動器行業(yè)規(guī)模擴大。根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù),2022年,新能源汽車產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高,產(chǎn)量為721.90萬輛,同比增長96.33%;充電樁保有量保持高增速,截至2022年末,充電樁總數(shù)為179.75萬個,較2021年增加56.72%。
D、軌道交通
軌道交通領(lǐng)域,牽引變流器是現(xiàn)代軌道交通核心技術(shù)之一的交流傳動技術(shù)的體現(xiàn),牽引變流器對開關(guān)裝置的電壓等級要求較高,一般采用IGBT或者SiC MOSFET作為牽引變流器、輔助變流器等裝置的開關(guān),并需配套相應的功率器件驅(qū)動器。
我國軌道交通建設(shè)增速為高壓大功率驅(qū)動器需求提供增長空間。根據(jù)“十四五”規(guī)劃,到2025年,高鐵營運里程(含城際鐵路)將達5萬公里左右,是當前里程的1.3倍。
2022年,我國城軌交通現(xiàn)有運營里程為10,287.45公里,“十三五”期間,我國城市軌道交通累計新增運營路線長度為4,351.7公里,年均增長率高達17.1%,創(chuàng)下歷史新高。截止2022年末,我國城軌交通累計配屬車輛總計10,425列。
E、智能電網(wǎng)領(lǐng)域
智能電網(wǎng)領(lǐng)域,功率器件驅(qū)動器用于柔性直流輸電裝置、高壓直流斷路器、SVG(無功補償裝置)、APF(有源濾波器)等。功率器件驅(qū)動器助力輸配電系統(tǒng)實現(xiàn)“粗電”到“精電”的變換、降低電網(wǎng)線路中的損耗。國家電網(wǎng)顯示,2020年國家電網(wǎng)投資額為4,605億元,2016-2020年智能電網(wǎng)投資累計達1,750億元。
高壓直流輸電領(lǐng)域,根據(jù)國家電網(wǎng)數(shù)據(jù),“十四五”期間,國家電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)特高壓工程“24交14直”,涉及線路3萬余公里,變電換流容量3.4億千伏安,總投資3,800億元,較“十三五”特高壓投資2,800億元大幅增長35.7%,高壓直流輸電將迎來新一輪加速建設(shè)期。
②功率器件驅(qū)動器市場規(guī)模
市場規(guī)模方面,功率器件驅(qū)動器與功率器件搭配使用,二者市場協(xié)同發(fā)展。市場上功率器件驅(qū)動器產(chǎn)品主要針對IGBT和MOSFET兩類產(chǎn)品,根據(jù)Omdia及英飛凌數(shù)據(jù),2020年,IGBT和MOSFET合計約占全球功率器件市場規(guī)模的70.54%。因此,通過IGBT和MOSFET的市場需求可間接反映功率器件驅(qū)動器的市場規(guī)模。
A、IGBT市場規(guī)模:IGBT按照封裝進行分類,可分為IGBT單管(即IGBT分立器件)、IGBT模塊和智能功率模塊(IPM)三類產(chǎn)品,其中IPM模塊內(nèi)置驅(qū)動電路,主要應用于變頻空調(diào)、變頻洗衣機等家用電器及消費電子。
IGBT全球市場空間增速較快,根據(jù)Omdia數(shù)據(jù),2021年IGBT的全球市場規(guī)模約為59億美元(含IGBT分立器件、IGBT模塊),預計至2026年全球市場規(guī)模約為84億美元,年復合增長率為7.5%。中國IGBT市場需求快速增長,主要受益于下游行業(yè)市場需求的推動,特別是新能源汽車、新能源發(fā)電、碳達峰、碳中和發(fā)展規(guī)劃等一系列國家政策的驅(qū)動。
B、MOSFET市場規(guī)模:硅基MOSFET具有開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗小的優(yōu)點,常應用于低電壓(600V以下)、較低功率、高工作頻率場景,因此硅基MOSFET多應用于消費電子、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域。硅基MOSFET全球市場規(guī)模較為穩(wěn)定,據(jù)Yole統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年全球硅基MOSFET(分立器件+功率模塊)市場規(guī)模約為66.41億美元,隨著汽車和工業(yè)細分領(lǐng)域的需求快速增長,預計2026年硅基MOSFET全球市場規(guī)模約為94億美元,年復合增長率為3.8%。
隨著SiC基功率半導體器件的技術(shù)發(fā)展趨于成熟,SiC MOSFET器件由于其高功率密度的特性,市場空間廣闊。據(jù)Omdia及Yole數(shù)據(jù),SiC MOSFET將成為SiC材料應用最廣泛的器件,2021年,全球SiC功率器件市場規(guī)模約為11.29億美元,預計至2027年增長至62.97億美元,CAGR約34.00%;中國SiC功率器件市場增速高于全球增速,根據(jù)Omdia數(shù)據(jù),2021年,中國SiC功率器件的市場規(guī)模為4.19億美元,增長率約為62.00%。
③功率器件驅(qū)動器市場發(fā)展趨勢
A、國內(nèi)廠商加快技術(shù)與產(chǎn)品追趕,國產(chǎn)替代趨勢明顯
全球市場競爭格局方面,國外生產(chǎn)商憑借其在半導體行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢,占據(jù)全球功率器件驅(qū)動器主要市場。根據(jù)Yole數(shù)據(jù),2021年,全球前五名驅(qū)動IC生產(chǎn)商均為國際廠商,占據(jù)全球驅(qū)動IC市場約80%市場份額。
國內(nèi)功率器件驅(qū)動器行業(yè)起步較晚,隨著2017年工信部推出“工業(yè)強基IGBT器件一條龍應用計劃”、國家“十三五”規(guī)劃等系列政策,國內(nèi)高新技術(shù)自主可控的需求迫切,功率器件驅(qū)動器國產(chǎn)替代需求上升,疊加中美貿(mào)易戰(zhàn)背景下全球半導體供應鏈緊張的情形,國產(chǎn)功率器件驅(qū)動器廠商獲得國產(chǎn)替代機會。
驅(qū)動IC方面,納芯微、比亞迪半導、圣邦股份等公司的產(chǎn)品實現(xiàn)對德州儀器(Texas Instruments)、博通(Broadcom)等國際巨頭產(chǎn)品一定程度的國產(chǎn)替代;板級驅(qū)動器方面,國內(nèi)聯(lián)研國芯、青銅劍技術(shù)、落木源、飛仕得等公司基于多年技術(shù)研發(fā)和應用積累,逐步在功率器件驅(qū)動器中高壓應用領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢,公司產(chǎn)品已實現(xiàn)對PI、賽米控、英飛凌等公司產(chǎn)品一定程度的國產(chǎn)替代。
B、中高壓功率器件技術(shù)發(fā)展促進功率器件驅(qū)動器專業(yè)化生產(chǎn)需求
《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》提出提升電力系統(tǒng)整體效率、高度重視節(jié)能增效要求,且隨著終端應用領(lǐng)域(如風電、光伏、新能源汽車)對功率輸出和空間占比要求不斷提升,明確電力電子產(chǎn)業(yè)高頻高功率密度的發(fā)展趨勢。
SiC、GaN等寬禁帶半導體材料工藝的發(fā)展,突破硅基材料對功率與頻率的限制,將進一步提高功率器件的電壓、電流、開關(guān)頻率和容量。因此,用于驅(qū)動大功率器件的驅(qū)動器需求將迎來增長。此外,功率器件模塊化能有效提高功率密度,以IGBT模塊和SiC模塊為代表的中高壓功率器件模塊市場規(guī)模呈上升趨勢。
中高壓功率器件的發(fā)展對功率器件驅(qū)動器提出了更高要求,包括驅(qū)動器的功能完善程度、高可靠性、高智能化等,專業(yè)化生產(chǎn)功率器件驅(qū)動器的企業(yè)具有產(chǎn)品及技術(shù)優(yōu)勢、豐富的實況應用積累等,有望進一步提升自身市場地位。
C、能源電子產(chǎn)業(yè)智能化、數(shù)字化需求促進數(shù)字驅(qū)動器發(fā)展
《“十四五”規(guī)劃綱要》明確了智慧電網(wǎng)、智慧電廠的建設(shè)目標,《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等系列政策明確提出面向工業(yè)場景的智能解決方案,促進電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組件的智能化與數(shù)字化發(fā)展。智能電網(wǎng)要求數(shù)字化技術(shù)
應用于電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷儲”四大環(huán)節(jié),即包括電能的生產(chǎn)、傳輸、存儲與消費環(huán)節(jié);《工業(yè)和信息化部等六部門關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》(工信部聯(lián)電子〔2022〕181號)提出促進能源電子產(chǎn)業(yè)智能制造和運維管理,推動提升智能設(shè)計、智能集成、智能運維水平,發(fā)展智慧能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和電網(wǎng)智能調(diào)度運行控制與維護技術(shù);國家能源局《國家能源局關(guān)于加快推進能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》提出推動能源裝備智能感知與智能終端技術(shù)突破。
數(shù)字化功率器件驅(qū)動方案具備運行數(shù)據(jù)采集和分析功能,數(shù)字化技術(shù)的運用有利于數(shù)字驅(qū)動器的智能化優(yōu)勢融入智慧電網(wǎng)、智能制造等場景,符合電力系統(tǒng)數(shù)字化、能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、電力產(chǎn)品數(shù)字化等發(fā)展的要求,能有效提高電力系統(tǒng)終端產(chǎn)品效率,為能源電子產(chǎn)業(yè)智能化建設(shè)作出貢獻。