沙利文发布《充电桩功率器件驱动器行业报告

  纵观充电桩功率器件驱动器发展，行业仍处于导入期。宏观上看，充电桩功率器件驱动器作为公共直流快充的配套产业之一，伴随公共直流快充市场的发展逐渐放量。与此同时，作为集成电路产业的下属分支之一，其技术发展沿革和半导体技术发展趋势基本一致。半导体技术演变历程总体呈现出需求端消费升级和供给端技术供给相辅相成，技术发展向着集成化、微型化、耐高压、耐高温方向发展。

  弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，简称“沙利文”）持续关注充电桩功率器件驱动器的新兴技术，正式对外发布《充电桩功率器件驱动器行业报告》。该报告为首本针对充电桩功率器件驱动器的多维度行业分析，在技术发展、行业动向和商业潜力层面提供最为全面的深度解析。该报告说明充电桩功率器件驱动器技术将推进充电桩行业大功率化和耐压化，将成为充电桩功率提升的加速器。

  本文深入技术和行业发展，解析具有变革现有设计、制造和使用充电功率驱动器潜力的技术。

  充电桩是指以充电方式为电动汽车提供电能补给的补能设施。充电桩根据不同的电压等级和补能方式为各种各样不同型号的电动汽车提供电力保障，属于新型的城市基础设施。充电桩的加速建设对有效拓长电动汽车续航能力、促进电动汽车推广与发展具有重大意义，是国家着重关注的投融资领域之一。

  电动汽车利用干电池、锂电池、蓄电池等可移动外置式直流电源为自身行驶提供能量。当直流电源放电时，负极中的锂原子会分解为锂离子和电子，电子会沿着外电路到达正极，锂离子会通过隔膜到达正极。锂离子在阳极遇到电子后会形成锂原子。与之相反的是，充电时锂离子的运动方向不一样，正极上的锂原子会分解成锂离子和电子，电子通过外电路到达负极，锂离子通过隔膜到达负极。在负极，锂离子与电子相遇，使锂离子变成锂原子。因此，电动汽车充电补能过程其实就是动力电池（直流电源）中的活性物质因电流的输入而产生化学反应，并对电解液进行还原，最终实现充电补能。

  从电化学的角度来看，电流分为直流电流和交流电流。交流电流在家庭生活、工业生产等领域存在广泛的应用，日常生活中插墙式电器所使用的正是民用交流电源。正常的情况下，交流电流的生活民用电压为220伏，通用工业电压则为380伏。有必要注意一下的是，由于交流电流的大小、方向会发生周期性变化，使用交流电流直接给直流电源设备充电补能，相当于使电源设备高频率反复充放电。在这种状态下，电源设备会迅速升热烧毁，因此交流电流并不能直接用于电源设备的补能。与之相反的是，直流电流的方向并不会跟着时间发生改变。因此，直流电流可以直接对干电池、锂电池、蓄电池等可移动外置式直流电源设备充电补能。由此可见，在电动汽车进行充电补能时，不论是直流充电桩和交流充电桩，最终锂电池都只能利用直流电流进行充电。

  从全球来看，美国、欧洲、中国是世界充电桩主要的需求地区，充电桩是新能源汽车行业配套产业的重要组成部分。充电桩行业总体上与新能源汽车产业同步发展，但也相对滞后。在发展类型上，充电桩行业的主导方向呈现出先交流，后直流的态势。现阶段，大体量、分布式的新型基础设施充电站的建设和落地，已成为推动新能源汽车产业进一步放量的主要的因素之一。

  从欧美来看，美国公共充电桩建设相对滞后，车桩比处于较高水平。据美国能源部统计，在2022年，美国约有13.1万个公共充电桩和330万辆新能源汽车。过去11年，公共车桩比从5.1上升到了25.1。当前，交流慢充仍然是北美充电桩的主流，随着新能源汽车销量进一步放量，美国车桩矛盾可能将进一步激化。与美国类似，欧洲大部分车桩也仍然是私人充电桩，公共充电桩的建设相对滞后，快速充电桩的比例比较低。

  从中国来看，中国是全球新能源汽车最大的市场且人口密集，目前全球绝大部分充电桩都建于中国，而绝大部分充电桩产业也集中于中国。中国充电桩行业发展经历了三个阶段：

  （1）2006年至2015年前的培育期，比亚迪等私企开始尝试充电站建设，然而当时电动汽车保有量仍较少，市场对充电桩需求较小，大型公共充电站的投资建设尚由国家电网、南方电网等国企主导，并多数用于公共交通工具，整体充电桩市场规模较小。

  （2）2015年至2019年的爆发期，2015年前后，随国家出台《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020）》，国家电网等大型国企主导并引入社会资本参与电动汽车充换电站设施的建设，同时各地方纷纷出台落实补贴政策。在补贴激励下，多家民企纷纷入局，积极投建充电桩。

  （3）2020年至今的关键发展期，随着充电桩被纳入“新基建”，在新能源车销量带动下，充电桩企业的收入来源逐步从政策补贴主导转向运营盈利主导，直流充电桩因其盈利能力强、投资收益高，占比显著提高。

  充电桩属于新能源汽车充换电设备设施行业，是新能源汽车行业配套产业的重要组成部分。新能源汽车充换电设备设施产业链上游是设备元器件及零部件，最重要的包含充电模块（包含功率器件、磁性材料、电容）、继电器、接触器、监控计量设备、充电线缆、主控制器、通信模块及其他零部件，市场参与者最重要的包含华为、中兴、英可瑞、盛弘股份、通合科技、深圳英飞源技术有限公司、深圳市永联科技股份有限公司等企业。

  其中，充电模块主要使用在于直流充电设备，是直流充电设备的核心部件。而功率器件又是充电模块的关键器件，作用是利用驱动芯片管控整流、稳压、开关、变频等一系列操作，帮助电流安全地从充电桩端流向电池端。

  新能源汽车充换电设备设施产业链中游以充电桩及充电桩为主，最重要的包含交流充电桩、直流充电桩及无线充电桩。其中，直流充电桩的痛点技术近年来被不断突破，新技术层出不穷，出货数量突增，投资热度持续攀升。下游充电站运营商为主，部分充电桩元器件生产商和充电桩设备制造商也参与到下游运营。综上所述，当前充电桩的产业价值主要在功率器件、半导体IC、充电模块等上游领域。

  在应用场景方面，充电桩一般可分为：公共桩，如公共建筑、公共楼宇、商场、公共停车场；专用桩，如品牌商专用充电站、大型电动汽车充电站等；私人桩，如居民小区停车场、私人花园等。不同应用场景通常适用于符合自身技术特点的充电桩类型。

  3月16日，中国消费者协会发布了《新能源电动汽车消费与公共充电桩使用情况调查报告》（以下简称《报告》）。本次调查采用线上调查和现场调查两种方式收集问卷，共收集有效问卷13,425份，广泛覆盖各省、自治区和直辖市。报告数据显示，花了钱的人快充的需求明显高于慢充。

  作为新能源汽车行业的配套产业，充电桩行业将直接受益于新能源汽车行业的发展。完整的充电桩最重要的包含充电系统、监控系统、计量计费系统等，其输入端与交流电网直接连接，输出端装有充电插头用于为新能源汽车充电。随着新能源汽车的加快速度进行发展，充电设备作为新能源汽车基础设施建设的重要组成部分，慢慢的受到包括中国大陆在内的多个国家和地区的重视，市场规模预计将实现快速增长。

  总体上看，直流充电桩的单价费用在充电桩市场总量中的比重较大，因此充电桩市场规模的增量价值大多数表现在大功率直流充电桩的增量上。根据沙利文数据，中国充电桩市场在2027年预计市场规模为人民币3,114.0亿元，2023至2027年年均复合增长率为46.44%；其中，直流充电桩市场在2027年市场规模将达人民币2,629.0亿元，2023至2027年年均复合增长率为47.1%。

  行业发展：充电桩功率器件驱动器作为充电桩充电模块的关键器件，应用前景广阔

  充电桩功率器件驱动器，又称充电桩功率器件驱动芯片，是指被用作驱动充电模组中的MOSFET、IGBT、SiC、GaN等功率器件的芯片。驱动芯片能够控制芯片（MCU）的逻辑信号，包括放大电压幅度、增强电流输出能力等，以实现快速开启和关断功率器件。充电桩驱动芯片对电气隔离、耐高压、高集成化、可靠性有着很严苛的要求。

  针对充电桩领域，充电桩功率器件驱动器主要是采用隔离式栅极驱动芯片。在充电桩的使用场景中，栅极驱动器可接收系统控制过程产生的逻辑电平控制信号，并提供驱动功率开关栅极所需的驱动信号，并配合隔离系统实现隔离，将系统带电侧的高电压信号与在安全侧的用户和敏感低电压电路分离，保证人活动场景下的安全。

  基于现阶段充电桩模块对驱动器的需求，隔离驱动方案一般都会采用非隔离驱动搭配脉冲变压器的方式实现。如图所示，茂睿芯量产的MD18624驱动器在新能源汽车直流充电桩模块的前级维也纳PFC级和后级LLC都作为非隔离驱动存在，与此同时，其在后级LLC搭配脉冲变压器以实现隔离驱动的目的。

  随着充电桩往大电流、高压超充等方向发展，对智能隔离栅极驱动芯片的开发技术方面的要求也水涨船高，国内半导体企业仅茂睿芯等少数几家企业能够量产可靠性强、超耐压、性能佳、高集成的双通道并联栅极驱动芯片产品。

  作为充电桩行业的原材料之一，充电桩功率器件驱动器与直流充电桩行业的发展有正相关关系。以功率为20kw的充电模块为例，通常要配备6-10个充电桩功率器件驱动器。随着新能源汽车的快速发展和直流充电桩的大面积推广，充电桩功率器件驱动器作为充电桩充电模块的关键器件，市场规模预计将实现迅速增加。根据沙利文测算，中国充电桩功率器件驱动器市场在2027年预计市场规模为人民币5.74亿元，2023至2027年年均复合增长率为55.0%。

  我国芯片产业起步时间滞后于发达国家，部分高端工业芯片仍需进口来满足需求。根据沙利文数据，中国模拟芯片市场的市场规模占全球市场规模比例超过50%，其市场容量巨大，但仍大多数来源于德州仪器、思佳讯、意法半导体等国外大厂，国产芯片自给率亟待提升。随着国际贸易摩擦的升级，国内市场对国产芯片产生了更多的需求，加速了国内客户导入本土模拟芯片厂商的步伐。

  另外，未解决国际贸易摩擦带来“卡脖子”难题，国内政策继续加码，如2020年颁布的《国务院关于印发新时期促进集成电路产业和软件产业高水平发展若干政策的通知》等政策进一步促进了行业的繁荣，加快了国产化替代的进程。综上所述，充电桩功率器件驱动器的国产化崛起已成大势。

  目前，国内新能源汽车市场具有较大的增长空间。根据公安部多个方面数据显示，中国大陆新能源汽车保有量从2018年末的261.0万辆增加至2022年末的1,310.0万辆，年均复合增长率达到49.7%。沙利文预计，至2027年中国大陆新能源汽车保有量将达到7,395.0万辆。在公共直流充电桩方面，随着新能源汽车快充需求的增加与充电设备技术的发展，预计至2027年，中国大陆公共直流充电桩保有量将达到665.6万台。直流充电桩的大功率通过堆栈充电模组而实现，因此充电功率和充电模组数量呈正相关关系。充电模组安全设计最低要求使用6个充电桩功率器件驱动器。

  综上所述，国内新能源汽车市场规模的持续扩张将带动充电桩发展，特别是超充直流充电桩的发展。随着充电模组出货量跟随超充桩激增，充电桩功率器件驱动出货量继续增长已成大势。

  为寻求工业领域获得更大的市场容量和盈利空间，搭建自身可持续经营的竞争壁垒，模拟驱动芯片厂商们都试图推出更为高端化、集成化、多样化的产品。

  充电桩超充化提升了对隔离驱动芯片数量需求和隔离技术的要求。充电功率密度的提高带来了充电工作电压的提高，同时具有较高的运行温度，这要求驱动芯片具有高耐压的特性及满足车规级温度要求。此外，充电模块内部设计简单化发展要求数字隔离芯片具有高集成度，集成了接口、驱动、采样等功能的隔离芯片更具应用优势。综上所述，充电桩功率器件驱动器对高集成度、高耐温、超耐压的需求已成大势。

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