统计,IGBT、MOS管、电源管理IC等在储能逆变器里占比高、数量多,是必不可少的半导体器件。
储能逆变器的作用不仅有利于提升储能系统的效率及运行稳定性,而且也是整个储能系统中多种信息传递与处理、实时人机交互的信息平台,是非常关键设备。
德业股份逆变器
逆变器是储能的心脏。储能逆变器的首要功能是把直流转为生活需要的交流电,而实现该功能的核心元件是功率半导体(例如IGBT和MOSFET)。
英飞凌IGBT
这些功率半导体每秒可以开关数千、甚至几万次,再通过控制信号把握电路变化,将直流电转化为正弦交流电。
通过统计分析阳光电源、固德威、锦浪科技等逆变器知名企业等,结构件占成本23%的比例,IGBT、MOS占成本比20%,磁性元器件占成本比17%,芯片集成电路占成本比10%等,其中逆变器里IGBT、芯片集成电路、电容、传感器、PCB板等产品都属于半导体领域。
数据来源:阳光电源、固德威、锦浪科技、哔哥哔特产业研究室
由此可见,半导体器件占据逆变器46%的成本,是主要组成部分。
因此,值得关注的是,储能逆变器内使用的半导体器件有:IGBT、MOS管、MCU、电源管理芯片、电容、PCB板等,其中IGBT、MOS管、电源管理IC在储能逆变器里占比高、数量多,是必不可少的器件。
逆变器拆解图
可以预测,随着储能景气度提升将带动逆变器里半导体器件需求量,未来对于布局储能市场的半导体器件企业是一个大机会。
1.IGBT
IGBT在储能领域的主要作用就是变压、变频、交变转换等,是储能应用中不可缺少的器件。
IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的「CPU」。
宏微IGBT模块
IGBT竞争格局
由于IGBT对设计及工艺要求较高,而国内缺乏IGBT相关技术人才、工艺基础薄弱且企业产业化起步较晚,因此IGBT市场长期被大型国外跨国企业垄断。
自2015年以来,我国IGBT自给率超过10%并逐渐增长,预计2024年我国IGBT自给率将达40%。基于国家相关政策中提出核心元器件国产化的要求,国产替代成为国内IGBT行业的发展趋势。
目前,国内IGBT市场主要由英飞凌、三菱电机、富士电机等海外厂商占据。中国IGBT市场占比前三的分别是英飞凌、三菱电机和富士电机。其中占比最高的是英飞凌,为15.9%。
英飞凌IGBT单管
2.MOS管
mos管是一种具有绝缘栅的FET,其中电压决定了器件的电导率。发明mos管是为了克服 FET 中存在的缺点,如高漏极电阻、中等输入阻抗和较慢的操作。所以mos管可以称为FET的高级形式。
英飞凌mos管
mos管常用于切换或放大信号。随着施加的电压量改变电导率的能力可用于放大或切换电子信号。
冠华伟业mos管
mos管是迄今为止数字电路中最常见的晶体管,因为内存芯片或微处理器中可能包含数十万或数百万个晶体管。
由于它们可以由 p 型或 n 型半导体制成,互补的 MOS 晶体管对可用于以CMOS逻辑的形式制造具有非常低功耗的开关电路。
在数字和模拟电路中,mos管现在甚至比BJT更常见。
华矽电子mos管
3.电源管理芯片
电源管理芯片是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片。主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。
主要电源管理芯片有的是双列直插芯片,而有的是表面贴装式封装,其中HIP630x系列芯片是比较经典的电源管理芯片,由著名芯片设计公司Intersil设计。
HIP6301CB
它支持两/三/四相供电,支持VRM9.0规范,电压输出范围是1.1V-1.85V,能为0.025V的间隔调整输出,开关频率高达80KHz,具有电源大、纹波小、内阻小等特点,能精密调整CPU供电电压。
常用电源管理芯片有HIP6301、IS6537、RT9237、ADP3168、KA7500、TL494等。
所有电子设备都有电源,但是不同的系统对电源的要求不同。为了发挥电子系统的最佳性能,需要选择最适合的电源管理方式。
电源管理的范畴比较广,既包括单独的电能变换(主要是直流到直流,即DC/DC),单独的电能分配和检测,也包括电能变换和电能管理相结合的系统。
相应的,电源管理芯片的分类也包括这些方面,比如线性电源芯片、电压基准芯片、开关电源芯片、LCD驱动芯片、LED驱动芯片、电压检测芯片、电池充电管理芯片等。
4.PCB板
印制电路板,简称PCB,又称为印制线路板、印刷电路板、印刷线路板。
通常把在绝缘基材上,按预定设计制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路,而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。
细分产品结构
目前,我国印刷电路板细分产品主要包括多层板、软板、HDI(高密度连接板)、双面板、单面板、封装基板六大类型。
数据显示,我国印刷电路板细分产品中多层板占比最大,达45.97%,远超其他产品;其次是软板,占比达16.68%;HDI占比为16.59%。此外,双面板、单面板、封装基板的占比分别为11.34%、6.13%、3.29%。
中国印刷电路板细分产品结构
5.MCU
MCU芯片是指微控制单元(MicrocontrollerUnit;MCU),又称单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器的频率与规格做适当缩减,并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口,甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制,所以MCU芯片就是单片机芯片。
MCU供应商方面,很多逆变器厂商会采用TI的C2000系列MCU,现在随着微型逆变器的兴起,也有厂商开始采用Arm内核的32位MCU来做主控。
因此,MCU的主要供应商有TI、NXP、ST、Microchip、英飞凌、瑞萨等国外厂商,也有兆易创新等国内厂商。
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