要点凝练：

1.随着应用高压系统的BEV,PHEV车型的销量提升，功率半导体的应用范围和驱动功率到了一个新的层级。

2.英飞凌、比亚迪把控着新能源汽车电控用IGBT模块市场80%以上的份额。

3.上半年电控用功率器件的市场规模累计为8.5亿。

当一个产业在天时地利下获得突飞猛进的市场突破，它往往会带动背后许多“隐形”供应商的壮大。功率半导体即是其一，作为需求驱动型产品，它随着电动汽车市场的崛起迎来春天。

近年来，中国半导体产业发展迅速，尤其是车用IGBT模块。东风徐来，国内IGBT模块供应商切入供应链，打破外资壁垒。

1、电动汽车是功率半导体的“伯乐”

一辆汽车使用的汽车半导体大致可以分为四类，分别为安全集成电路、MCU微控制器芯片，传感器芯片，功率元器件。

随着汽车电子部件的应用范畴扩充，ECU（核心部件为MCU）数量增多。小到雨刷、车窗、电动座椅，大到底盘、动力总成、驾驶辅助系统，均离不开MCU。一辆汽车需要的芯片中，MCU大概能占去三成。

传感器作为采集智能驾驶所需数据的眼睛和耳朵，是车门控制模块、娱乐通讯系统的触屏控制、制动系统、转向系统、网域控制器、发动机、变速箱以及ADAS系统的核心部件。智能化、自动化加速推进传感器的部署。

功率元器件的伯乐是电动汽车。电动汽车的动力产生和传输过程与汽油发动机有着巨大的差异，它需要交直流电和电压的频繁转换。

以电为驱动力的电动汽车有着高电压、高功率、高温等特性，功率器件必须适应运行环境，帮助电动汽车更高效、更节能地完成能量的传递和输出。因此，目前功率元器件在汽车上的应用从MOSFET转为IGBT。

1.1IGBT与MOSFET

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)全称“绝缘栅双极晶体管”，属于电压驱动型功率器件。它本质上是一个开关，由三极管、场效应管、续流二极管构成的复合原件，由电压驱动导通和关断。

从电压结构看，电压在-V的IGBT需求量最大，占市场份额68.2%，主要应用于电动汽车；V以上的IGBT应用在高铁、动车、汽车电子及电力设备中。伴随着轨道交通、再生能源等市场在近几年内的高速成长，对更高电压应用的IGBT产品（V~V）提出了强烈的需求。

IGBT在电动汽车上代替的是场效管MOSFET。MOS管芯片擅长小功率作战，虽然为手机、电脑带来更快的运行速度，但其耐压低，在高电压、大电流应用中损耗大的弱点，使之无法投入到大功率应用中。而IGBT芯片导通压降小、耐压高，能够适应大电流和大电压的工作环境。对于电动车而言，IGBT直接控制驱动系统直、交流电的转换，决定了车辆的扭矩和最大输出功率等。

图1：不同材料及类型功率器件输出功率~开关频率

（数据来源：公开资料、NE研究院整理）

1.2应用功率器件的电动汽车主要部件

任何电动（EV）或插电式混合动力（HEV）车辆的核心都在于高压（至VDC）电池及其相关的充电系统。

与传统燃油车和弱混动力车相比，电动汽车少了发动机和启停系统，但多出了电池、电机、电控核心部件以及车载DCDC、电空调驱动、车载充电器（OBC）等电力电子装置。

接入充电器后，电动汽车通过OBC中的功率元器件进行交-直流转换和高低压变换，为电池充电。当车辆运行时，电池将高压电池的直流电转换为驱动三相电机的交流电，为电机提供动力。除此之外，车载空调需要电机的驱动，能量回收需要发电机，这时它们对电压转换电路（DCDC）用量大幅提升。

电动汽车的运行过程中，车载空调、OBC、逆变器、DC/DC、发电机都有赖于功率元器件对电的频繁电压和交直流转换。它们需要大量的IGBT、MOSFET等功率半导体器件。因此在它们的需求带动下，功率元器件将出现爆发式增长。

图2：功率器件在电动汽车中的使用

（图片来自：比亚迪）

2、IGBT是电动汽车更高效的砝码

2.1燃油车、MHEV、HEV、PHEV、电动汽车对IGBT的不同需求

燃油车并非不需要功率器件，而是它对功率器件的要求和需求量相比电动汽车存在天壤之别。

燃油车的电压较低，对功率器件的应用集中在MOSFET。启动机、车灯控制、音响系统、车身控制、引擎控制、防盗、动力传输系统均是MOSFET的应用场景。

随着大多数燃油车将启停、电动车窗、燃油喷射、间歇式雨刷和巡航控制等作为标配应用，它们的普及带动车用功率MOSFET芯片的发展。例如电动车窗开关采用MOS管技术，是为了解决传统型开关继电器触点易烧蚀问题。利用MOS管作为控制电流通断的元件，实现无触点开关，提高可靠性，是目前汽车功率型开关的发展方向。

燃油车上的零部件相对而言电压等级比较低，如40V功率MOSFET可以完全满足EPS(电动助力转向系统)和EPB(电子驻车制动系统)等汽车安全系统的机械、环境和电气要求。动力总成电压在30-40V，电助力制动器电压60-80V，点火器电压为40-80V，它们的功率值加起来也不过十几千瓦，只需低导通阻抗的高性能低压MOSFET，来降低车辆的功耗。如装配有启动/停止模块的车辆需要的MOSFET功率为1.5-10kW，平均功率为3.5kW。

48V轻混系统核心部件包括48V电池、48V起动电机/发电机、一套48V/12V（DC/DC）的电压逆变器，以及相应的控制模块。其主电机驱动对功率器件的要求一般为驱动功率在5-20kW，此时高性能MOSFET或IGBT才能满足它的要求。

强混车的主电机驱动电压最高可到V，由此它要求驱动功率为20-kW的IGBT，发电机则需要驱动功率为20-40kW的IGBT。

从传统燃油车、48V轻混车到强混车，少了发动机和启停系统，但逐渐多出电池、电机等部件，且电压持续升高。发电机、电驱对功率器件要求类似，只是功率大小不同。

表1：电动汽车对功率器件的需求

（数据来源：比亚迪、NE研究院整理）

到了纯电动汽车，功率半导体的应用范围和驱动功率到了一个新的层级。

主电机驱动、发电机、DCDC、OBC（充电+逆变）、车载电动空调是插混和纯电动汽车不可或缺的部件。其中主电机驱动属于动力系统，门槛最高。它对功率器件的需求一般为驱动功率在20-kW，平均功率大约在70kW。现在可以看到主机厂正在尝试提高整车电压，功率器件必须能够适应更高的电压，实现更大的驱动功率。这时，电机控制器厂家一般会选用导通压降小、耐压高的IGBT芯片，而非用于燃油车或轻混车中的MOSFET。

尤其是纯电动汽车正在加快充电速度，实现快充或超快充。OBC开关频率较高，需要较快的功率器件。它采用驱动功率为10-40kW的IGBT。

传统汽车中，功率半导体主要应用在启动、发电、安全等领域，占传统汽车半导体总量的20%，单车价值约为60美元。

根据麦肯锡的统计，纯电动汽车的半导体成本为美元，比传统汽车的美元增加了1倍，其中功率器件成本高达美元，占55%。纯电动汽车相比传统汽车新增的半导体成本中，功率器件成本约为美元，占新增成本的76%。

2.2IGBT的低损耗、高电流输出能力、强耐温

随着电动车性能不断地提升，对功率半导体组件提出了更高的要求。要求主要体现在三个方面：1、低芯片损耗；2、电流输出能力；3、温度循环寿命。

低损耗与整车电耗强相关。当IGBT芯片损耗更低时，它传递的能量也就更多，流经过芯片损失的电流就相对减少，使电流传递的过程更加高效，降低整车的百公里电耗。

电流输出能力关系到整车的功率输出能力。IGBT此类电压控制元器件根据驱动电压的高低而输出不同的功率。它可以产生大功率信号，进而拓宽元器件工作阈值，使其高效工作区间增大，来驱动电机。当提高电流输出能力后，它可以给予电机在一定电压下更高的功率，改善加速性能。

温度循环寿命代表着IGBT芯片适应不同环境时的可靠性和使用寿命。汽车对功率元器件的外部工作环境，如振动、温度、湿度、粉尘、有害气体以及EMC等有着高要求。这也是为何车规级半导体芯片普遍贵于消费电子芯片的原因。只有经受住各种气候、路况、驾驶习惯的考验，功率器件才满足“车规级”要求，可以被售往温度过高或过低、山路崎岖的地区。

IGBT本身是一个非通即断的开关，导通时可以看作导线，断开时可以看作开路。在电机控制器中，IGBT主要负责将动力电池传输的直流电转化为交流电。电流从上而下垂直穿过IGBT，直至抵达驱动电机。芯片越薄，电流流过的路径就越短，损耗在芯片上的能量也就随之降低。

NE研究院调研了国内自主车规级IGBT的使用情况，规模最大的即是比亚迪微电子自主研发设计的IGBT模块。

在国内半导体厂商中，比亚迪微电子在年推出了最新的IGBT4.0芯片。该款新品电流覆盖了从25到A，标准型开关频率是3K~12KHZ，快速型为10K~30KHZ，可应用于汽车牵引动力驱动、车用空调变频与制热、汽车转向助力系统、工业感应加热电器、电焊机、变频器等。

同等工况下，这款IGBT综合损耗较当前市场主流的IGBT降低了约20%。这意味着电流通过IGBT器件时，受到的损耗降低，使得整车电耗显著降低，续航里程得到明显延长。

为了降低整车电耗，必须有意将Vcesat和开关损耗降到更低。NE研究院调研后发现，比亚迪对此的解决方案是，增加复合场终止层，减薄N-漂移区（漂移区的正向压降与厚度密切相关）。

以比亚迪全新一代唐EV为例，在其他条件不变的情况下，仅此一项技术，就成功将百公里电耗降低约3%。

图3：比亚迪IGBT4.0芯片

（图片来源：比亚迪）

电流输出能力方面，比亚迪IGBT4.0较当前市场主流的IGBT高15%，支持整车具有更强的加速能力和更大的功率输出能力，百公里加速4.4秒。

温度循环寿命层面，比亚迪电动车完成了从新疆吐鲁番的高温，到北欧的极寒、再到西藏高原的高海拔等全球最严苛自然环境的测试，并在全球多个市场成功经历了各种气候、路况、驾驶习惯的考验，得到广泛认可。

未来电动汽车的发展趋势即为能耗更低，续航里程更长。这一趋势将拉动IGBT的需求呈现出爆发性的增长。

3、国内新能源汽车用功率器件市场分析

IGBT之于电控相当于电池之于电动汽车。

随着新能源汽车市场的扩大，IGBT作为重要的功率器件，受到了广泛的

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