光储汽车市场需求旺盛，功率模块蓄势待发

电子发烧友网报道（文/李宁远）电源系统是绝大多数电子设备的能量来源，自开关模式电源转换出现起，效率就是电源技术的驱动力。开关模式电源转换器的出现使得打破线性电源的确定性效率成为可能。随着半导体技术的进步，人们对提高效率的需求进一步提升，使效率成为电源系统最重要的属性。

 

功率模块这种电力电子设备，可以将电源提供的电能转换成更可靠、更高效的输出，被广泛应用于汽车、航空、军事和电力领域，能够满足多种电子设备的能源需求。功率模块和电源系统息息相关，更高效的功率模块才能让功率损耗更少，电源效能才能越高。

 

光伏储能需求旺盛，功率模块持续火热

光伏作为世界能源结构脱碳主力，在过去的二十年里，这个行业的增长呈指数级跃升，相关储能技术也在产业的带动下不断在革新。以国内为例，根据中国电力网统计，截至2021年三季度，我国光伏发电累计装机量达275GW，同比增长25%。“十四五”规划中明确指出，到2025年我国光伏发电系统装机量有望突破400GW大关。

 

得益于光伏储能产业的发展，在光伏储能系统中构建成本将近两成的光伏逆变器也迎来了发展的新契机。逆变器是光伏储能领域的核心，它将光伏电池板的直流电转换为交流电，然后再传输到电网，是光伏系统的重中之重。而在逆变器中，功率模块又是逆变器的核心，任何逆变器没有功率模块都无法工作，而且其性能和所使用的功率模块直接相关，功率模块越高效，整个光伏系统的功率损耗就越少。

 

目前光伏逆变器主要分为集中式、组串式和微逆。微逆现在异常火爆渗透率正逐年上升，组串式则在朝着增加单台功率但是不增加尺寸和重量的方向发展，集中式逆变器也在向更高电压等级发展，比如1500V逆变系统的应用，继续发挥其大功率优势。

 

功率模块在其中发挥着重要作用，提高逆变器的效率和可靠性，降低系统成本和体积，同时还能提高系统的响应速度和抗干扰能力。用于光伏储能功率模块实现逆变功能的主要电子元器件是IGBT等功率器件。目前IGBT仍然是最主流的选择，根据ICV统计报告，2022年全球及中国光伏逆变器领域IGBT市场需求为4.59亿美元和1.7亿美元。2022年全球及中国储能逆变器领域IGBT的市场需求为2.9亿美元和0.51亿美元。

 

碳化硅功率模块则是光伏储能逆变器产业升级的另一推动力，光伏产业高功率大密度的发展趋势非常明显，传统光伏逆变器硅基器件逐渐无法满足效率和发热方面的需求，因此各方面性能更优越的碳化硅器件脱颖而出，高度契合光伏储能逆变器的高功率大密度小型化的演进方向。

 

简单来说，碳化硅功率模块可以让光伏储能逆变器拥有更大的功率，更高的效率，更小的体积和更低的成本。尤其是光伏储能中用于降低整个系统的损耗水平的分布式控制应用得越来越多，这种设计从拓扑结构上面来讲也更适合碳化硅模块。

 

光伏储能领域作为新能源的重要分支，其强大的产业带动能力，庞大的市场需求带动了功率模块的快速发展。

 

新能源汽车东风，功率模块大展身手

新能源汽车领域功率模块的重要性无需多言，新增的电机驱动、DCDC模块、OBC、高压辅助驱动等功率转换系统大大带动了功率模块的需求量，高可靠高性能的功率模块可以提高整个车辆的能源利用效率，减少能源浪费。

 

最典型的就是在新能源汽车的动力总成系统中，由于电池提供的是DC直流电，而牵引电机只接收AC交流电，牵引AC/DC逆变器的效率就成为了提高动力传动系统能源效率的关键，能效的提高可以减少千瓦损耗，从而使车辆有更多可利用的能量保证续航。

 

现阶段大部分车型上在主驱逆变器上采用的是基于硅基IGBT功率模块，除了主驱，IGBT在OBC、DCDC变换、加热器、压缩机等设备中IGBT功率模块也有着大量应用。根据ICV统计，2022年全球新能源汽车领域IGBT的市场规模为24.03亿美元。

 

同样以主驱为例，目前400V架构下牵引逆变器硅基IGBT功率模块的最大承压为650V，为了在不影响功率水平的情况下延长驾驶里程，牵引电机需要以更高的速度运行（>30,000 rpm），这意味着需要更高效的直流到交流电压的转换。为了实现目标，牵引逆变器的设计开始在功率级模块上使用碳化硅以及向800V系统转变以获得更高的功率密度。

 

推动电动汽车实现更高的性能，高压功率模块向碳化硅的转变绝对是最大且最重要的一步。碳化硅比IGBT更高效，能够进一步提高电池包储存能量的利用率，此外，碳化硅比IGBT更小，运行温度更低，进一步减轻了驱动系统的重量、缩小了机械尺寸还能减少能源损耗。

 

目前碳化硅功率模块在新能源汽车上的应用仍然处于初级阶段，2022年其全球市场规模为9.48亿美元。未来几年，碳化硅功率模块的渗透会加速，ICV给出的预测是到2026年全球车用碳化硅规模将达到42.08亿美元。在新能源汽车的东风下，功率模块大展身手迅速成为炙手可热的器件，功率模块技术的革新也同样给新能源汽车的发展带来了机遇。

 

功率模块产业：头部稳固，国内厂商加速放量

根据Omdia统计，2021年全球功率半导体市场规模为583.83亿美元，其中功率模块市场规模为74.52亿美元。

 

目前在光伏储能和汽车两个功率模块热门领域，海外头部厂商仍然是供货主体，英飞凌、安森美、ST稳居全球功率模块销售前列位置，日系厂商如三菱、罗姆等也在功率模块实力强劲。

 

国内作为最大的功率模块消费市场，相关产业链国内厂商的布局也在进一步完善和拓展。以安世半导体、比亚迪半导体、斯达半导、中车时代电气、士兰微、三安光电、扬杰科技等为代表的功率半导体企业，在技术沉淀、车规认证、制造工艺等各个环节都已经积累了相当雄厚的实力。不少国内厂商在光伏储能和汽车电子应用领域均有布局，效果还很不错，已经处于放量前期。

 

小结

从国内情况来看，功率模块在光伏、储能、汽车领域的景气度非常高，在晶圆厂对功率芯片产能扩产相对较慢的背景下，功率模块的供应还是很紧张的，这种供应紧张状况有望持续至明年，特别是大功率模块。

 

随着光伏储能、汽车电子两大领域能量利用需求的不断升级，功率模块仍将在这两个领域加速发展。