电子说
新能源汽车崛起,为功率器件带来新机遇
在当前全球半导体行业的低迷时期,汽车半导体却能实现逆势增长。与此同时,汽车电子领域正在经历着一场结构性的转型,受惠于汽车行业电气化、智能化、网络化和共享化四大新趋势,以及新能源汽车市场的蓬勃发展。新能源汽车(如混合动力车辆或纯电动车辆)中的半导体元器件用量显著高于传统燃油车辆。
随着燃油车辆不再使用汽油发动机、燃油箱或变速器,新能源汽车采用了电池、电动机和电子控制系统构成的“三电系统”,并增加了核心组件,如直流-直流模块、电机控制系统、电池管理系统、高压电路等。在这些组件中,MOSFET和IGBT等功率器件发挥关键作用。
新能源汽车中的功率半导体应用
功率半导体是电子设备中能量转换和电路控制的核心,主要用于改变电子设备中的电压和频率,以及直流-交流转换等。汽车行业的转型将推动功率器件的消耗增长。
据英飞凌的报告,新能源汽车中的功率半导体器件价值是传统燃油车的五倍多。此外,功率器件还将越来越多地用于电动汽车充电站,进一步扩大市场。
根据Gartner的数据,汽车级功率半导体的市场增长率最高。2020年,收入达到约61亿美元,预计到2030年将达到265亿美元,成为整个汽车半导体市场中收入最大的市场。
增长机遇:硅基MOSFET助力新能源汽车
MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为基本功率半导体器件,在新能源汽车领域发挥不可或缺的作用。它具有低驱动功率、快速开关速度、高工作频率和强大的热稳定性等特点,适用于高频和低至中等电压应用。
MOSFET根据通道极性可分为“N型”和“P型”,分别称为NMOSFET和PMOSFET,拥有不同的电压容忍度和范围。
在新能源汽车领域,MOSFET在汽车电子中扮演核心角色。根据行业预测,2022年,汽车部门在MOSFET终端应用中的比例将达到22%。此外,PC计算机和存储设备的比例为19%,工业部门为14%。
在新能源汽车时代之前,MOSFET已经在涉及电动功能的燃油车领域中应用,例如辅助制动、动力转向和座椅控制系统。
随着汽车电气化的到来,MOSFET的需求显著增加。在电动汽车中,电动制动的使用使得中高压MOSFET成为功率域中的重要组件,如直流-直流变换器和车载充电器(OBCs),以促进电能的转换和传输。每辆车使用的MOSFET数量增加到200多个。此外,随着智能汽车的发展,MOSFET作为功率转换的基础设备,在高级驾驶辅助系统(ADAS)、安全功能和信息娱乐等领域中支持数字和模拟芯片的功能实现。这可能会导致高端车辆中使用的MOSFET数量增加到每辆车超过400个。
根据数据统计,汽车级MOSFET的全球市场规模预计将在2026年达到30亿美元,复合年增长率为12.25%。
IGBT:汽车功率器件的未来之选
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是另一种在汽车电子中广泛应用的功率器件。它是由双极型结型晶体管(BJT)和MOSFET组成的复合功率半导体器件,结合了BJT的高电压耐受性和MOSFET的高输入阻抗。
IGBT在新能源汽车中具有重要地位,直接影响车辆的输出功率和性能。电动汽车的核心是高压电池和相关的充电系统,而主逆变器的IGBT直接控制了直流(DC)和交流(AC)在驱动系统中的转换,决定了新能源汽车的最大输出功率和扭矩等关键数据。
在电动汽车的电力驱动系统中,IGBT用于逆变器模块,将电池提供的直流电转换为交流电以驱动电动机。在电源系统中,IGBT用于各种交流-直流和直流-直流变换器,以充电电池并执行功率级别转换功能。此外,IGBT逆变功率模块用于电动汽车充电站,将直流电转换为交流电,然后通过变压器耦合和整流单元将其变换为不同的电流和电压规格,以便为电动汽车充电。
目前,IGBT市场由主要的欧洲和日本制造商主导,前五家公司的市场份额超过60%。在IGBT领域,英飞凌科技具有32.7%的市场份额,是绝对的领军者。
面向未来:碳化硅(SiC)引领新趋势
虽然长期以来,硅基材料在汽车功率半导体中扮演重要角色,但在追求更高功率密度、更高频率以及更好耐受高温高压等需求下,碳化硅(SiC)作为第三代宽禁带半导体材料正在引发新的趋势。
碳化硅(SiC)材料具有宽带隙、高击穿场强、高饱和电子漂移速度、高热导率和高辐射抗性等特点,适用于高功率、高频率和恶劣环境条件。
在应用方面,碳化硅(SiC)功率器件在电动汽车领域有着广泛应用。它们用于电动驱动、OBC(车载充电器)和直流/直流转换领域,可以显著提升系统效率,减小电子系统体积,降低系统成本。
总结起来,在新能源汽车行业的推动下,功率器件市场充满了巨大的潜力。相关行业制造商应该紧抓这一市场机遇,不断创新和提升产品技术,以满足不断发展的市场需求。浮思特科技,为客户提供优质的汽车解决方案,提供稳定的IGBT、SiC、MOSFET等功率器件,原厂代理,方案支持,品质保障。
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审核编辑 黄宇
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