智能化與電動化雙輪驅(qū)動，汽車MOSFET大有可為

金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。

MOSFET最早出現(xiàn)在大概上世紀(jì)60年代，首先出現(xiàn)在模擬電路的應(yīng)用。功率MOSFET在上世紀(jì)80年代開始興起，在如今電力電子功率器件中，無疑成為了最重要的主角器件。

MOSFET具備控制功率小、開關(guān)速度快的特點，廣泛應(yīng)用于低中高壓的電路中，是功率半導(dǎo)體的基礎(chǔ)器件。硅基MOSFET是汽車功率半導(dǎo)體的基石，單車用量有望增至4倍。在進(jìn)入新能源汽車時代前，MOSFET已應(yīng)用于燃油車中涉及電動功能的區(qū)域，單車用量約100個。隨汽車電動化開啟，以電制動的方式使得中高壓MOEFET作為DC-DC、OBC等電源重要組成部分應(yīng)用于汽車動力域以完成電能的轉(zhuǎn)換與傳輸，單車用量提升至200個以上；此外，隨著汽車智能化發(fā)展，ADAS、安全、信息娛樂等功能需MOSFET作為電能轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)器件支撐數(shù)字、模擬等芯片完成功能實現(xiàn)，使得中高端車型單車用量可增至400個以上。汽車智能化是中低壓MOSFET器件的增量空間，汽車電動化是超結(jié)MOSFET等中高壓器件的發(fā)力方向。20-26年全球MOSFET市場將從74億美金增至89億美金，汽車應(yīng)用占比從25%增加至30%。在新能源汽車的拉動下，全球汽車功率器件市場將從48億美元增至108億美元，車用MOSFET將從18.3億美元增至26.7億美元。其中，ADAS與非燃油汽車動力總成應(yīng)用的增速最快。

8月新能源汽車銷量保持強勁，環(huán)比增長超12%。根據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)，我國8月新能源汽車保持強勁，單月銷量66.6萬輛?。其中，比亞迪銷量17.4萬輛保持領(lǐng)先，造車新勢力方面埃安銷售2.7萬輛，小鵬1.6萬輛，哪吒1.6萬輛，理想0.5萬輛，蔚來1.1萬輛，零跑1.3萬輛，AITO1.0萬輛，極氪0.7萬輛。

? 8月新能源乘用車市場創(chuàng)歷史新高，B級車銷量走強。據(jù)乘聯(lián)會統(tǒng)計，8月純電動批發(fā)銷量49.0萬輛，其中B級電動車銷量增速最快13.7萬輛，占純電動份額為28%。純電動A00批發(fā)銷量12.4萬輛，環(huán)比下降5%，占純電動份額為25%；A0級批發(fā)銷量9.3萬輛，占純電動份額為19%。比亞迪純電動與插混雙驅(qū)動夯實自主品牌新能源領(lǐng)先地位；以奇瑞集團(tuán)與廣汽集團(tuán)為代表的傳統(tǒng)車企表現(xiàn)突出。? 7月新能源乘用車電機(jī)電控搭載量為47.9萬臺，OBC 裝機(jī)量共 43.6萬套。在電控系統(tǒng)方面，三合一電驅(qū)動系統(tǒng)搭載量為28.8萬臺，占比達(dá)60.1% ，其中中車時代電氣電控搭載量1.74萬套，系統(tǒng)搭載量1.71萬套，成為增速最快的廠商之一。OBC市場整體保持增長態(tài)勢，前五位格局基本保持不變。

7月我國新能源上險乘用車功率模塊國產(chǎn)供應(yīng)商斯達(dá)半導(dǎo)、比亞迪半導(dǎo)體、中車時代電氣合計占比超50%。據(jù)NE時代統(tǒng)計，22年7月我國新能源上險乘用車功率模塊搭載量約42.4萬套，其中比亞迪半導(dǎo)體搭載約9.9萬套（占23%），斯達(dá)半導(dǎo)約7.0萬套（占17%），時代電氣約5.5 萬套（占13%），預(yù)計國產(chǎn)化率將隨各家產(chǎn)能釋放環(huán)比提升。

智能化與電動化雙輪驅(qū)動

汽車MOSFET大有可為

硅基MOSFET：汽車功率半導(dǎo)體的基石? 在傳統(tǒng)燃油汽車中，中低壓MOSFET（金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管， Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）已廣泛應(yīng)用于車中電動功能的區(qū)域，是傳統(tǒng)汽車功率器件的主要部分，單車用量約100個。隨汽車電動化開啟，電能取代燃油成為汽車驅(qū)動的能量來源，汽車能量流發(fā)生變化。新能源汽車不再使用汽油發(fā)動機(jī)、油箱或變速器，“三電系統(tǒng)”即電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)取而代之；相應(yīng)地，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的核心器件——功率半導(dǎo)體含量大大增加。其中，中高壓MOEFET 開始廣泛應(yīng)用于汽車的DC-DC、OBC等中壓電動部分以協(xié)助完成電能的轉(zhuǎn)換與傳輸，單車平均用量提升至200個以上；此外，隨著汽車智能化發(fā)展，ADAS、安全、信息娛樂等功能均需使用 MOSFET，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，未來中高端車型中 MOSFET 單車用量將有望增至400個。

MOSFET可通過控制電壓實現(xiàn)電路的“導(dǎo)通”或“關(guān)斷”，最終對電流與電壓實現(xiàn)調(diào) 控，是一個快速的“電子開關(guān)”。以平面型MOSFET為例，通過控制漏極和源極、柵極與源極之間的電壓，可使得電子在器件中形成“溝道”，實現(xiàn)器件的導(dǎo)通；通過調(diào)節(jié)電壓的大小可以控制導(dǎo)通電流大小。最終，通過“開”與“關(guān)”的切換，配合其他元器件，實現(xiàn)直流電與交流電、電流頻率、電壓高低等狀態(tài)的切換。因此，降低器件電流傳輸過程中的損耗（如導(dǎo)通電阻）以提升電能的轉(zhuǎn)換效率是MOSFET器件技術(shù)演進(jìn)的主要驅(qū)動力。

? 由于下游應(yīng)用對耐受電壓、開關(guān)頻率、導(dǎo)通電阻等器件性能要求不同，MOSFET器件發(fā)展出了平面型、溝槽型及超級結(jié)等不同結(jié)構(gòu)。平面型 MOSFET 結(jié)構(gòu)由于芯片面積大（耐壓高）且工藝簡單，可應(yīng)用于對中小電流的場景；而溝槽型 MOSFET 相比平面型MOSFET縮短了電流的導(dǎo)通路徑（消除了 J-FET 電阻），在低壓高電流的場景中被廣泛應(yīng)用；在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提升溝槽柵結(jié)構(gòu)耐壓能力與導(dǎo)通性能，將電場強度均勻化且用低阻N層設(shè)計的超級結(jié)MOSFET（SJ-MOS）出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于中高壓大電流的電源場景中。

? MOSFET為汽車電能傳輸?shù)闹饕骷? MOSFET被廣泛應(yīng)用于汽車中涉及（有刷、無刷）直流電機(jī)、電源等零部件中，隨著汽車智能化、電動化應(yīng)用場景不斷豐富:? 智能化應(yīng)用： ADAS：安全管理、域控制系統(tǒng)、泊車系統(tǒng)； 車身電子：車身電源、中控系統(tǒng)、溫度控制、網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、智能門鎖、照明系統(tǒng)； 底盤與安全：懸掛系統(tǒng)、電子輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、安全氣囊、駐車及防抱死制動系統(tǒng)； 信息娛樂系統(tǒng)：顯示控制、音頻、儀表盤、娛樂功能、遠(yuǎn)程信息處理。 電動化應(yīng)用（傳統(tǒng)汽車與新能源汽車不同）? 傳統(tǒng)燃油汽車：發(fā)動機(jī)與變速箱管理、內(nèi)燃機(jī)輔助系統(tǒng)、啟停系統(tǒng)； 新能源汽車：DC-DC電源、車載充電器。

MOSFET在傳統(tǒng)汽車中已廣泛使用，單車使用量近100個。在傳統(tǒng)汽車中，從關(guān)鍵的電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、電動制動和噴射系統(tǒng)到加熱、通風(fēng)系統(tǒng)、座椅調(diào)節(jié)都需要用到MOSFET。以EPS為例，系統(tǒng)需要8個40V MOSFET，6 個配合電機(jī)完成轉(zhuǎn)向功能，2個配合電源管理芯片（PMIC)實現(xiàn)電路安全斷開功能。

汽車智能化是未來中低壓MOSFET器件的拓展方向。隨著汽車智能化發(fā)展，ADAS、安全、信息娛樂等功能需MOSFET作為電能轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)器件支撐數(shù)字、模擬等芯片完成功能實現(xiàn)。以EPS系統(tǒng)為例，隨著對安全性要求的提升，系統(tǒng)要求增加失效可操作（Fail-Operational）功能，即增加一套冗余系統(tǒng)作為備用，在發(fā)生罕見故障時EPS仍可保持工作；相應(yīng)地，MOSFET用量由8個增加至22個。

超結(jié)MOSFET是汽車電動化后的動力總成部分的新增器件類型，主要應(yīng)用于DC-DC電源與車載充電器（OBC）中。在動力總成部分，汽車電動化后以電制動的方式使得動力相關(guān)的電源如 DC-DC、車載充電器以及逆變器等功率提升，需要適用于中高壓大電流的超結(jié)MOSFET、IGBT、SiC MOSFET器件及模塊完成電能的高效轉(zhuǎn)換。以華潤微提供的汽車MOSFET應(yīng)用參考為例，在新能源汽車車載充電器部分需增加 16 個超結(jié)MOSFET。

新能源汽車OBC、HV-LV DC-DC中650V以上超結(jié)MOSFET被大量選用。在新能源汽車中車載充電器OBC主要利用交流電網(wǎng)提供的電能為高壓動力蓄電池充電、HV LV DC-DC電源轉(zhuǎn)化器則是將汽車的高壓區(qū)和低壓區(qū)連接在一起。根據(jù)汽車動力等級與電池大小不同，OBCDC-DC電源的器件對應(yīng)電壓大致分為650V、1200V。

超結(jié)MOSFET是目前主流中低壓OBC、DC-DC電源方案考慮性能、成本與效率的最佳選擇。超級結(jié)MOSFET在導(dǎo)電性、開關(guān)和驅(qū)動損耗性能優(yōu)秀且可滿足汽車大部分中壓（600-650V）的電源產(chǎn)品要求；由于工藝成熟且產(chǎn)品組合最多，是最具性價比的選擇。因此，在主流中低功率（6.6KW11KW）的OBC、HV LV DC-DC轉(zhuǎn)換器（500V以下汽車高壓電池）中，MOSFET被大量選用。

MOSFET主驅(qū)動方案廣泛應(yīng)用于30KW以下的 A00 級車中。主驅(qū)動功率在20-30kW范圍的純電動A00級車其電機(jī)控制器對功率器件要求與車載充電器相近，MOSFET作為低成本方案被選用。目前MOSFET主驅(qū)動方案在我國新能源乘用車市場滲透率近15%，代表品牌為北汽制造、昌河、奇瑞、五菱、小虎、凌寶、新特、海馬、知豆、雷丁、東風(fēng)風(fēng)光、榮威、領(lǐng)途、東風(fēng)風(fēng)神、眾泰、朋克、寶駿、思皓等。?

汽車智能化與電動化驅(qū)動MOSFET市場增長? 全球MOSFET器件市場26年將增至89億美元，其中汽車應(yīng)用占30%；全球汽車功率器件市場將增至108億美元，MOSFET占比約25%。結(jié)合Omdia與Yole數(shù)據(jù)，我們預(yù)計2020-2026年全球MOSFET市場將從74億美元增至89 億美元，受益于汽車智能化、電動化，汽車應(yīng)用占比從25%增加至30%。2020-2026年全球汽車（含燃油車）功率器件市場將從48億美元增至108億美元，其中汽車MOSFET單管及模塊市場將從18.3億美金增至26.7億美元，IGBT、SiC等器件主要應(yīng)用于新能源汽車，相對增速較快。

汽車平均MOSFET用量將增加至135個以上，ADAS與非燃油汽車動力總成市場增速最快。受益于汽車智能化，20-26年MOSFET非動力應(yīng)用市場將從8.3增至11.1億美元，其中ADAS在安全管理、域控制系統(tǒng)、泊車系統(tǒng)智能化升級的拉動下將從0.3增加至0.9億美元；受益于汽車電動化，包含輕混動的非燃油車動力總成市場將從1.5增至6億美元。

大疆無人機(jī)拆解：部分美國器件仍無法替代

《日經(jīng)亞洲評論》（Nikkei Asian Review）日前聯(lián)同總部位于東京的調(diào)查公司Fomalhaut Techno Solutions對DJI今年初推出的Mavic Air 2進(jìn)行拆解分析，發(fā)現(xiàn)其8成零件屬于采購物料，而且價值只是售價的約2成。

? ▍成本控制大大優(yōu)于日本企業(yè) 拆開DJI Mavic Air 2后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，估算的零部件價格成本為135美元。成本率僅為20％，低于智能手機(jī)的30～35％。日本某企業(yè)的高管表示“要達(dá)到相同性能，日本企業(yè)的話僅材料費就會達(dá)到整機(jī)價格的2倍”?？梢姡统杀境蔀?a target="_blank">大疆的競爭力源泉。他們也發(fā)現(xiàn)，Mavic Air 2的很多部件也常在智能手機(jī)和計算機(jī)中找到，而這些零部件占了Air2使用的230種零件中的8成，包括會在高階手機(jī)用到的相機(jī)部件、智能手表會用到的GPS接收器。

▍技術(shù)實力很強 當(dāng)然不僅限于低成本。作為調(diào)查對象的Mavic Air 2用于航拍時可拍攝4K畫質(zhì)，還具備自動跟蹤和避開障礙物等功能。在日本，可從最遠(yuǎn)6公里處操控，無線傳輸影像的距離達(dá)到其他公司產(chǎn)品的約5倍。為了實現(xiàn)570克這一較輕的重量，采用了猶如電子設(shè)備的設(shè)計。主基板尺寸約為10厘米×4厘米，在1塊基板上以高密度安裝了控制和通信半導(dǎo)體、傳感器等大小10個半導(dǎo)體零部件。? ? 軟件的技術(shù)也很強。大疆通過積極投放新產(chǎn)品不斷進(jìn)行摸索，使軟件不斷完善。一位日本無人機(jī)開發(fā)人員贊嘆稱，“最初飛行控制也不成熟，但過了3年左右感覺令人刮目相看”。涉足專利分析的日本Patent Result的調(diào)查顯示，大疆在日本的有效專利（截至2019年1月）為185件，達(dá)到第2位的3倍以上。這也佐證了其技術(shù)實力之高。 ▍控制螺旋槳的芯片是唯一專有部件 Fomalhaut官方表示：「控制螺旋槳的芯片是唯一的專有技術(shù)部件?！沽硗猓瑑r格超過10美元的昂貴部件僅限于電池、相機(jī)和一些其他部件。不過小編認(rèn)為，能將這些零件完美整合的技術(shù)，以及設(shè)計出人性化的軟件控制才是價值最高的開發(fā)成本。

▍美國零件暫時無法替代 除了以上，本次拆解也顯示Mavic Air 2用了很多美國制造的零件，像是控制電池的IC芯片是由德州儀器（Texas Instruments）制造、放大無線電信號并消除噪聲的IC芯片則由 Qorvo 制造。這些零部件被認(rèn)為目前都難以找到替代，如果成為美國的新目標(biāo)，大疆的零部件采購可能受到影響。
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