功率半导体行业研究：乘新能源汽车东风而起.docx

功率半导体行业研究：乘新能源汽车东风而起1、新能源汽车东风已至，功率半导体乘风而起1.1、全球新能源汽车销量快速增长，渗透率不断提升随着全球环保政策日益趋严、能源结构改善要求日益迫切，各国纷纷制定新能源汽车的发展规划，以纯电、油电混合为主要动力形式的新能源汽车进入快速发展期，汽车电动化为大势所趋。根据中国汽车工程学会编制的《节能与新能源技术路线图2.0》，到2025年我国新能源汽车在新车销量中渗透率将达到20%。根据中汽协预测，2025年我国汽车销量有望达3000万辆，以20%的渗透率计算，届时我国新能源汽车销量有望达600万辆。而到2035年，新能源汽车更将成为主流，占总销量50%。据EVSales数据，2020年全球新能源乘用车销量达312.48万辆，即使在全球汽车市场萎缩的情况下，新能源乘用车仍保持了41.40%的高速增长。据EVTank预测，至2025年，全球新能源汽车销量有望达到1200万辆。1.2、新能源车用半导体价值量提升，功率半导体提升最为显著汽车的智能化和电动化趋势正明显带动车用半导体的价值量提升。汽车智能化涵义主要包括汽车智能驾驶、智能座舱、网联化等，在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，显著提升乘坐体验，实现辅助驾驶乃至自动驾驶。汽车智能化主要带动车用数字芯片、传感器芯片及存储芯片等的用量。电动化是指动力电池替代燃油成为汽车的动力来源，电动机负责将动力电池的化学能转化为汽车的动能。在这一过程中，用于电能功率转换的功率半导体用量将得到显著提升。功率半导体显著受益电动化趋势，是车用半导体中价值量提升最为显著的类别之一。以英飞凌数据为例，48V轻混车辆中半导体价值总量为572美元，其中功率半导体含量仅为90美元，这是因为48V轻混车辆的驱动动力仍然为内燃机，电机仅作辅助输出扭矩的作用。然而在插混和纯电车型中，电动机成为了主要的动力输出来源，功率半导体的平均价值量上升到330美元，整体单车半导体含量也上升至834美元。因此在汽车的电动化进程中，功率半导体的用量和价值量增长最为显著。2、功率半导体深度受益电动化趋势，增长势不可挡2.1、IGBT是新能源车高压系统核心器件，深度受益电动化趋势新能源汽车母线电压通常在400V左右，而IGBT是一种耐高压、高频的电力电子开关器件，其额定电压通常在600V以上，因此IGBT在汽车上的应用主要以高压电能变换为主，最核心的应用为主驱逆变。其余应用也包括车载OBC及电池管理/车载空调/转向助力等高压辅助系统，此外也应用于各类直流和交流充电桩。主驱逆变是IGBT在新能源汽车上价值量最大的应用。IGBT是新能源汽车电驱系统的核心，直接影响到新能源汽车的行驶性能。纯电动汽车和混合动力汽车中动力电池输出的是直流电，而目前市场上绝大多数驱动电机需要使用交流电驱动，IGBT在电驱系统中的作用就是DC-AC逆变，将动力电池输出的直流电逆变成可供交流电机使用的交流电。车载充电器（onboardcharger；OBC）是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置。而IGBT/MOSFET等功率器件在车载充电器（OBC）上的作用是调整输入的充电电流和电压，使其满足动力电池的充电要求。其工作原理为：市电（220V交流电）经过OBC中的整流模块变为直流电，通过稳压滤波电容后进入DC-DC转换模块，经过直-直变换输出合适电压的直流电给动力电池充电。IGBT或高压MOSFET等开关器件则是OBC中DC-DC转换模块实现功能的核心功率器件。IGBT模块还可以用于辅助功率逆变器，为车载空调系统等设备供电。出于效率的考虑，新能源汽车有许多应用采用高压供电，如空调压缩机、EPS电动助力转向、主动底盘控制等。IGBT可用于以上这些辅助系统的DC-AC逆变/DC-DC变压，使电流电压符合负载端的用电需求。除了直接装载于新能源汽车上的应用，IGBT亦是直流充电桩的核心功率器件。与在OBC中的功能类似，IGBT在直流充电桩中的作用也是DC-DC变压。直流充电桩的一端与交流电网相连，通过整流功率模块将工频交流电转换为直流电，流经DCLINK电容稳压滤波进入DC-DC变压环节：直流电流通过逆变功率模块逆变为高频交流电，最后由变压器耦合及整流单元将其转换为不同的直流电压等级，为电动汽车充电。2.2、MOSFET在低压系统应用广泛，未来用量将持续提升汽车上的各类供电器件都是直接从蓄电池取电的，蓄电池电压通常有24V和12V两种。而新能源汽车的动力电池电压普遍高达300-400V，因此新能源汽车高压和低压系统之间需要功率器件进行调压，实现高低压系统之间的电能流动。蓄电池所支持的终端用电器的电压则是多种多样，有5V、3.3V乃