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半导体产业链解析:电源管理芯片介绍及其应用领域

电源管理芯片是所有电子产品和设备的电能供应中枢和纽带,负责所需电能的变换、分配、检测等管控功能,是电子产品和设备不可或缺的关键器件。

几乎所有的电子产品和设备中都有电源管理芯片,因此电源芯片也被称为是电子设备的“心脏”。它是模拟芯片最大的细分市场。按照输入的电压属性,电源芯片可分为 AC-DC(交流转直流)转换芯片和DC-DC(直流转直流)转换芯片两类。AC-DC 转换通常是把交流市电(220V 或 110V)转换为电子设备或产品内部电路供电需要的直流电压;DC-DC 转换通常是指对直流电源的属性或参数指标加以转换,如降压、升压、升降压转换等,以匹配设备或电路模块的供电需求。

电源芯片的常见分类如下:

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(资料源自上海芯龙半导体招股书)

近年来,电源芯片的下游行业蓬勃发展,为电源芯片提供了广阔的市场空间,例如汽车电子、通讯设备、工业控制等领域对电源芯片的需求增长较快,对芯片性能要求更高。发行人研发、设计和销售的电源芯片属于行业的中高端产品,目前该市场主要被国外巨头如德州仪器、亚德诺、英飞凌等占据,市场集中度较高。

国内外电源芯片发展有何区别?

国际市场方面,前瞻产业研究院数据显示,2018 年全球电源芯片的产值为250 亿美元。近年来,得益于新能源汽车、5G 通信等市场的持续成长,全球电源芯片市场发展较快,预计 2026 年市场规模将达到 565 亿美元,年均复合增长率10.69%。

国内市场方面,中商情报网数据显示,2015 年~2019 年,中国电源芯片市场规模从 520 亿元增加至 720 亿元,预计在 2020 年突破 780 亿元,年均复合增长率为 8.5%左右。在消费升级、新技术发展等因素的刺激下,中国各类电子产品的功能呈多样化趋势,更新换代不断加快,对电源芯片的需求持续增加。此外,半导体进口替代趋势也给国内的诸多芯片公司带来了更多的发展机遇。

(电源新品示意图,仅做参考)

作为电子设备不可或缺的器件之一,电源管理芯片的市场需求随着5G通信、智能家居、新能源汽车等下游应用领域持续成长呈现大幅增长之势。以下几大领域是重点:

1、汽车电子

汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称,是电源芯片的重要应用领域之一。随着汽车电子化程度越来越高,汽车搭载的电子产品也越来越多,增加了汽车的电力、动力及其它能源消耗,因此,汽车对电能功耗的要求日益严格,其搭载的电子产品均需要高效率、体积小且能在高电压下输出大电流的电源模块。

2、工业控制

工业控制的全称是工业自动化控制,指的是利用计算机软件、微电子、电子电气等技术使生产更加自动化、效率化、精确化,并具有可控性和可视性。为实现上述效果,工业控制设备需要具备稳定的动力系统、灵敏的传感器、高效的信息传输等多种功能模块。上述系统或模块的稳定工作需要配备高效、功能可靠的电源芯片。

3、通讯设备

据工信部数据显示,2018 年起中国主要的电信运营商开始布局 5G 通讯领域,铺设新基站。2019 年 12 月 31 日,中国移动电话基站数量约为 841 万个;至 2020 年 12 月 31 日,中国移动通信基站数量达 931 万个,全年净增加 90 万个,其中新建 5G 基站超 60 万个。5G 基站与 4G 基站相比需要更多的天线,且电调天线对电源芯片的抗干扰等性能要求更高。通讯基站数量与单基站天线数量的增加,意味着中国 5G 通讯行业的发展需要中国电源芯片市场的同步发展。

4、消费电子

消费电子指的是消费者日常使用的电子产品,如个人电脑、智能手机、电瓶车等。

5、家用电器

家用电器是指在家庭及类似场所中使用的电器及电子器具,包括制冷、清洁、厨房电器以及电暖器具等。

展望未来,电源新品发展新趋势

随着物联网、自动驾驶、5G、人工智能等新技术的应用日益普及,相关电子产品的性能不断提升、应用不断创新,电源芯片作为电子产品的核心元器件之一,终端客户对其效率、功率、体积、可靠性等方面提出了更高的要求,电源芯片市场呈现出需求多样化、应用细分化的特点。高集成、高电压大功率、高可靠性和低功耗逐渐成为电源芯片行业主要的技术发展趋势。

1、高集成

电源芯片工作时需要搭载外围的电感、电容等多种元器件,因此芯片的管脚数量、外形、外围元器件数量和外形、PCB 板的面积以及布局布线形式决定了电源模块的体积。电子产品轻量化和小型化的发展趋势需要集成度更高、体积更小的电源芯片。

2、高电压大功率

终端设备的供电电压不断提高,对电源芯片的耐压性能提出了更高的要求。随着数字芯片的集成度越来越高,更大输出功率的电源芯片为其供电成为电源芯片高电压大功率化的另一驱动因素。

3、高可靠性

芯片工作时功耗较大,发热且温度升高可能会引起芯片内部材料、器件乃至电路模块的功能异常,影响芯片的可靠性。芯片工作时的环境因素,例如温度、湿度、震动、电磁干扰等也会影响芯片的可靠性。因此电源芯片作为电子产品的“心脏”,其可靠性直接关系到电子产品的使用寿命。随着电子产品功能多样化和应用复杂化,电源芯片正不断向高可靠性方向发展。

4、低功耗

电源芯片的待机功耗是评价电源芯片性能的一大核心指标,如果电源芯片的待机功耗较高,将影响采用电池供电的电子设备的续航时间。因此,低功耗化是电源芯片行业的一大发展趋势。

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