电子行业功率器件深度报告推荐.docx

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1、电子行业功率器件深度报告屏蔽栅MOSFET ,分别具有不同的功率和频率特性，应用场景较为 广泛。表2:不同类型功率半导体性能资料来源：中国半导体行业协会，新洁能，民生证券研究院控制能力产品类型出现时间技术路线优点缺点现状PiN功率二极管耐高压、大电流、低泄露电 流、低导通损耗关断速度慢-不可控型器件二极管1950s肖特基势垒功率 二极管开关频率高泄露电流大，击穿电压 低(通常用于250V以 下)，高温特性差-半控型器件晶闸管1960s-相对较高的应用电压和电流大损耗、彳氐频率、不易 驱动逐渐被新T弋功率MOS和IGBT替代BJT1950s-工艺成熟、本钱低、良率高频率较低、电压较低、热容量小、

2、不以驱动在低端应用中仍有一定 份额平面型MOSFET1970s-易于驱动，工作频率高芯片面积较大，损耗较 高-沟槽型MOSFET1980s-高频、h麻fl定性好、损耗低耐压低-全控型器件IGBT1980s-彳硝耗、耐高压(600V-6500V X 相对高频、易于驱动频率较低主要应用于高压、大电 流场景超结MOSFET1990s-高频、彳磁耗、耐压较高 (500V-900V)-屏蔽栅MOSFET2000s-高频、的员耗、耐压中等 (30V-300V )-高端电源管理、电棚区 动、汽车电子领域IGBT和功率MOS有望成为全球功率器件市场的主要增长来源。根 据英飞凌、Omedia等机构的数据，202

3、0年全球功率半导体市场规 模到达452亿美元，其中功率IC市场规模为243亿美元，功率 器件市场规模为209亿美元。功率器件中，二极管、晶闸管、BJT、 功率MOS和IGBT的市场规模分别为38.7亿美元、4.7亿美元、 18.1亿美元、81亿美元和66.5亿美元。其中二极管和晶闸管市 场规模总体较为平稳，而受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设 等下游需求的持续增长，IGBT和大功率MOSFET的市场空间仍保 持快速上升的态势，其中IGBT在2021年-2023年全球市场空间 的复合增速有望到达7.48%。图9 : 2020年全球功率半导体细分品类市场空间梳理1 5.9亿美元36.3亿美元1

4、4.3亿美元23.9%54.6%21.5%资料来源：英飞凌，Omdia , IHS Markit,民生证券研究院注：其中IGBT和MOSFET市场空间数据来自英飞凌年报图10 :2017-2023年全球二极管.晶闸管、MOSFET. IGBT市场空间及预测（亿美元，% ）资料来源：Yole JHS Markit,民生证券研究院IGBT应用加速成长，国产替代空间广阔IGBT全称为绝缘栅 极晶体管，可以被认为是MOSFET和BJT（双极型三极管）组成的 混合型器件，具有MOSFET的高输入阻抗，同时兼具晶闸管等双极 型器件的低导通压降，以及具有相对合适的工作频率。从应用场景来 划分，开关频率大于2

5、0kHz的应用场景主要采用MOSFET ,电压 等级大于1200V以上的高压场景主要采用IGBT ,在介于两者之间 的场景，主要根据应用的需求采用MOSFET或IGBT的解决方案。10图11 : MOSFET和IGBT内部结构比照（1） MOSFET的墓本结构Q） IGBT的基本结构资料来源：华芯百创，民生证券研究院MOSGETIGBT开关容量100A/500V1.2kA/1.6kV开关频率50kHz20kHz通态损耗高低门栅极驱动功耗低很低控制方式电压电压反向电压阻断能力0200-2500V正向电流氾围12-100V100-400V正向导通电流密度6 A/cm260 A/cm3图12 : M

6、OSFET和IGBT性能比拟资料来源：MOSFET和IGBT性能的比拟，民生证券研究院以英飞凌IGBT产品代际为准，目前主流的IGBT已迭代到第七代 产品，除了第一代产品外，其他代际都在适应的场景有所应用，代际 的迭代主要是通过IGBT内部的结构改善，从而降低产品的功耗。 目前IGBT的开展主要有三大特征：1）产品不追求制程，生产模式 以IDM为主；2 ）通过改进元胞设计概念、改进垂直结构等方式提 升产品在功耗、工作温度、频率等方面的性能；3 ）不同代际和技术 路线的IGBT产品根据其性能、价格、稳定性等综合因素广泛适用 于各种不同场景，例如目前工控、家电及大局部汽车IGBT使用英 飞凌第四代

7、（沟槽栅）产品，较高端车型使用英飞凌第七代（EDT2产 品X11图13 :英飞凌不同代际产品结构及性能差异第一代、第二代IGBT第一代、第二代IGBT平面栅型低饱和压降,125 工作结温，高鲁棒性Emtttof Gete第三代、笥代IGBT功耗降低20-40%Emitter GateCollector第七代IGBT功耗降低 20-40%.:沟槽栅型微沟槽栅型Trench Stop5型改进元胞设计概念改进垂直结构提高工作温度沟槽栅型改进微沟槽栅型过渡IGBT5：1750c 工作结 温,1.5V饱和电压，输出 电流能力提升30%IGBT6：175。（:最大工作 结温,3us短路;只有单管 封装的产

8、品资料来源：英飞凌，民生证券研究院据英飞凌，2020年全球IGBT市场空间到达66.5亿美元，供给格 局较为集中，CR10到达82.6% ,其中英飞凌市场份额超过30%。 而前十大供应商中，国内供应商份额较少，当前只有土兰微、斯达半 导和华微电子在个别细分品类中挤入前十大份额，当前IGBT仍有 较大的国产替代空间。2020年，全球IGBT单管CR10为85.7% , 国内仅有土兰微一家进入全球前十大供应商，份额为2.6% ;全球 IGBT模块CR10为79.1% ,斯达半导表现优异，为全球第六大供 应商，市场份额到达2.8% ;全球IPM模块CR10为87.9% , 兰微和华微电子分别位列第九

9、和第十，合计份额到达2.5%。IGBT总 体来看，全球CR10份额为82.6% ,其中国内厂商在前十大份额中 占比为2.7% ,当前IGBT仍有较大的国产替代空间。12图14 :2020年全球IGBT单管前十大供应商（亿美元）6资料来源：英飞凌，民生证券研究院图15 :2020年全球IGBT模块前十大供应商（亿美元）资料来源：英飞凌，民生证券研究院图16 : 2020年全球IPM模块前十大供应商（亿美元）6 -1资料来源：英飞;麦，民生证券研究院图17: 2020年全球IGBT CR10及国内厂商份额（% ）资料来源：英飞凌,民生证券研究院SiC和GaN性能优异，但技术和工艺仍有待完善硅基衬底

10、是目前技术和工艺最成熟、本钱最低的功率半导体材料；碳化硅器件具 有更高的频率、功率性能，目前在汽车电子领域已有所应用；氮化锈 主要用在高频率场景，目前主要应用领域是超级快充。不同材料衬底 的特性决定了其功率和频率特性，从而具有不同的适用场景：1）功 率：功率器件的击穿电压取决于电场给载流子施加的速度是否能造成 半导体材料发生雪崩击穿，因此宽禁带半导体具备更大的击穿电场强度 碳化硬3.4eV加氮化镒3.2eV的禁带宽度远大于磁1.12eV ）,从而碳化硅和氮化钱功率器件的击穿电压高于硅基器件。2 ）频率:功率半导体的开关时间取决于载流子迁移速度、晶体管发射级和集电13 极的间距，因而具备更高饱和

11、电子迁移速率和相对小体积的氮化钱 （2.5*10八7cm/s ）和碳化硅（2*10八7cm/s ）功率器件的频率性能 高于硅（l*10A7cm/s ）基功率器件。此外，第三代半导体在最高工 作温度方面同样显著优于硅基功率器件。表3 :不同衬底材料性能比照资料来源：宽禁带半导体高频及微波功率器件与电路，民生证券研究院指标参数硅（第T弋）神化钱（第二代）碳化硅（第三代）既化钱（第三代）禁带宽度（eV ）1.121.433.203.40饱和电子漂移速率 （107 cm/s）1.001.002.002.50热导率1.500.544.001.30击穿电场强度（MV/cm ）0.300.403.503.3

12、0最大工作温度 （Tmax,）150-760800注：碳化硅有200多种晶型，上表列示目前主流的碳化硅晶型4H-SiC的参数。基于不同衬底的特性，硅、碳化硅和氮化镀衬底的功率器件呈现出不 同的工作范围和应用场景。硅基功率器件主要用于25V-6500V和 相对低频的应用范围，典型应用场景包括工控、家电等；碳化硅功率 器件的工作电压介于650V-3300V ,主要应用于相对高频和高压的 场景；氮化锡器件工作电压相对较低，介于80V-600V之间，但具 有很好的高频性能，主要应用场景包括快充、高端服务器、5G通信 等领域。14图18 :硅、碳化硅、氮化镀衬底功率器件主要应用场景Pout WSi10M

13、SiCGaNIkIk100k资料来源：英飞凌，民生证券研究院SiStrGaN具有开创性目标为80V-600V中等功率-最高开关频率 Si是主流应用技术目标为25V6.5kV适合从低功率到大功率在许多应用方面，SiC对Si进行补充, 并提供更多解决方案目标为650V 3.3kV高频率-高开关频率* Central PV当前SiC和GaN材料仍在开发早期，当前国内大力投资第三代半 导体材料，预计未来有望实现对国外厂商的弯到超车。据CASA Research统计，2019年国内第三代半导体材料市场空间为24亿 元。而过去几年国内第三代半导体投资快速增长，2020年中国SiC 和GaN投资规模分别到达

14、550亿元和144亿元，产业的大力投 资预期有望带来第三代半导体技术的加速成熟和市场空间的快速增 长，预计至2025年，中国第三代半导体市场空间有望到达315亿 元,相比2019年CAGR增速到达53.60%。152.1 IGBT需求迎来快速增长期，新能源车是主要驱动力IGBT在功率器件中的市场空间仅次于MOSFET ,受益于下游 新能源发电、电动车的快速普及，行业空间快速成长，且当前工艺仍 在快速更新，国内厂商市场份额较低且正在快速追赶海外龙头的技术 水平，具备极佳的国产替代前景，因此我们将就IGBT市场空间进行 详细拆解和分析。据测算，中国IGBT市场空间有望在2025年达 到591亿元，

15、相比于2020年CAGR增速到达22.8%。2025年 国内IGBT需求格局中，新能源汽车、光/风/储能、工控、家电、轨 交电网五大场景市场空间有望分别到达231亿元、183亿元、85 亿元、69亿元和11亿元。新能源汽车有望成为国内IGBT最大 且增速最快的应用场景。据测算，至2025年国内新能源车用IGBT 市场有望到达231亿元，5年CAGR增速到达48% ,占国内 IGBT总需求的40%。同时，新能源汽车用IGBT由于性能、稳定 性要求较高，毛利率到达35%-40%，可谓功率器件兵家必争之地。16表4 : 2020-2025年中国IGBT需求测算(亿元)资料来源：Wind ,中电联,G

16、WEC, Wood Mackenzie. f CPIA , Yole ,民生证券研究院测算 注：各下游应用场景毛利率为预测数据20202021E2022E2023E2024E2025E5 年 CAGR毛利率新能源;气车32.6476.25125.98159.08187.99231.4447.96%35%-40%光伏、风电、储能67.9164.578931112.19144.44183.0921.94%35%工控52.9558.1764.1570.3877.1784.539.81%25%家电46.3050.6455.2459.9664.6069.238.38%25%轨交电网8.068.498.9

17、99.5510.2110.976.36%45%1 其他4.245.277.018.399.8911.8222.75%-合计212.10263.39350.68419.56494.29591.0822.75%-新能源车成为IGBT需求增长的最大来源2.1.1 新能源车相比燃油车的功率半导体单车价值量有较大提 升汽车电动化带来内部功率半导体应用场景快速增加。传统燃油车 中的功率半导体主要用于辅助驱动系统，而新能源车汽车中功率半导 体的应用场景涵盖奉引逆变器、OBC、高低压辅助驱动系统、DCDC 模块、充电桩等。新能源车用功率半导体的品类和数量相较传统燃油 车均有较大提升。车用功率半导体相较于工业级

18、功率半导体的性能 要求同样存在差异。工业级功率半导体产品品类多、标准化程度高、 应用环境复杂、失效率要求相对较低、产品生命周期较短；而汽车级 功率半导体产品品类相对较少，但定制化程度高、高温和振动性能要 求较高、失效率要求严格、产品生命周期要求更长。图21:功率半导体在新能源汽车上的应用电机，泵主驱动车戴充电器电池管理40VFETS汽车模块12V48V DC-DC智能功率模块 (IPM)及FET模块IGBT,分立 RSiC FET口极夔动器&隔 高30,40,80 100 V MOSFETs电流检电子熔丝 测运放(eFuse)超级结(SJ), IGBT及碳化陵 (SiC)VE- Trac压1S

19、J, IGBT RSiC模块汽车级平台型号种类少、大规模量 产、定制封装较多型号种类多、低/中量 产、标准化封装应用环境工况高温版动根据各行业不同定义工作结温-40-150-40C-150失效率要求；弹贩军50ppm失效率0.1%0.3%产品生命周期10-15 年3-10 年认证标准AQG-324JEDEC图22 :汽车级和工业级功率半导体性能要求资料来源：民生证券研究院整理资料来源：英飞凌,安森美，民生证券研究院相较于传统燃油车，新能源汽车的功率半导体单车价值量有显著的提17升，新能源车单车功率器件的用量主要和车的功率大小、电气化程度 相关。一般而言，新能源车的功率越大，电气化程度越高，单车

20、功率 半导体价值量越大。根据英飞凌数据，新能源汽车的单车功率半导体 价值量可到达400美元，约为传统燃油车的5倍。据我们测算, 随着单车功率器件价值量的提升和新能源车的逐步渗透，国内新能源 车用IGBT市场空间有望在2025年到达231亿元，为2020年的7倍。图23 :不同新能源车型功率半导体单车价值量（美元）资料来源：英飞凌，民生证券研究院图24 :国内新能源车用IGBT市场空间预测（亿元）资料来源：Wind ,中电联，GWEC, Wood Mackenzie., CPIA , Yole , 民生证券研究院测算1、牵引逆变器牵引逆变器是新能源汽车的核心功率器件，主要为汽 车提供扭矩和加速度

21、。常见的牵引逆变器功率水平在 40kW-150+kW ,运行电流到达1000A，额定工作电压为 600V-1200Vo为了适应大功率、高压和大电流的工作环境，新能源 车奉引逆变器通常采用IGBT、SiC等产品。从价值量来看，不同 车型的牵引逆变器价格区间较大，A00级车型单车IGBT价值量在 600元，而高端车型可到达3000-4000元以上。18目录1功率高景气持续，国产替代和产品迭代酝酿机遇31.1 全球功率器件高景气持续31.2 IGBT和SiC器件前景明朗2 IGBT市场空间测算及国内厂商进展分析2 IGBT市场空间测算及国内厂商进展分析162.1 IGBT需求迎来快速增长期，新能源车

22、是主要驱动力162.2 新能源车成为IGBT需求增长的最大来源172.3 风、光、储能是IGBT增长的重要动力242.4 工控和家电是IGBT需求的稳定来源27关注国内厂商的品类切换、结构优化、产线升级节奏关注国内厂商的品类切换、结构优化、产线升级节奏323.1 产品品类升级，高端产品对标海外龙头厂商323.2 下游市场切换，新能源收入占比快速提升343.3 晶圆产线持续升级，功率产品价格更优、性能更良364投资建议375风险提示38图25 :新能源车至引逆变器电路图工勺左ss 25goe *o -00050工勺左ss 25goe *o -00050至乏ET812VDCOption 2资料来源

23、：安森美，民生证券研究院2、OBC模块车载功率模块的功能主要为将外部提供的交流电，转 换成新能源车电池充电所需的稳定高压直流电。OBC的工作功率范 围通常在3.3kW-22kW之间，并且能够为汽车主电池提供800V 以上的电压。OBC中主要用到功率半导体的模块包括整流模块、功 率因数校正模块和DCDC模块（内含初级侧DCDC和二次整流模 块）。OBC可以进一步细分为单相OBC和双向OBC两种类型， 双向OBC具有反向充电功能。当前OBC采用的主流功率器件为 IGBT、MOSFET和二极管，而SiC器件由于具有更低的开关损耗， 更高的开关速度和更高的工作温度，也在逐渐进入OBC应用领域。图26

24、:新能源车OBC模块电路图资料来源：安森美，民生证券研究院193、高低压辅助驱动系统高低压辅助驱动系统和主奉引系统类似，核 心部件均为逆变器，但辅助驱动系统主要电动水泵、涡轮增压机、电 动冷却风扇等辅助电机系统提供三相交流电源，因此具有相对较低的 额定电压和电流水平。以安森美ASPM模块为例，其核心局部主要 由6个IGBT组成的三个半桥模块构成。辅助驱动系统常用的功率 器件类型包括MOSFET. IGBT和SiC器件等。图27:安森美用于新能源车高压辅助驱动系统的三相智能功率模块拓扑图4、DCDC模块新能源车用DCDC模块主要是为了将主电池中 400V或800V的高压电流转换成12V的低压电流

25、，为动力转向 系统、空调冷机等其他辅助系统系统所需的电力。DCDC模块的常 用功率水平为lkW-3kW ,高压侧稳定电压为650V-1200V，低压 侧额定电压为40V ,常用的功率器件包括MOSFET、IGBT、二极管 和SiC器件等。20图28 :新能源车DCDC模块电路图资料来源：安森美，民生证券研究院5、充电桩功率模块由于直流充电桩需要整流，并且具有更高的工作 电流和功率，因此使用功率半导体价值量较大的主要是直流充电桩。 直流充电桩中主要用到功率器件的模块包括整流模块、功率因数校正 模块和DCDC模块，目前直流充电桩中用到的功率器件主要包括 650V-1200V 的二极管、IGBT 和

26、 SiC 器件等。图29 :直流充电桩电路拓扑图资料来源：安森美，民生证券研究院新能源车用IGBT需求有望在2025年到达231亿元 新能 源车用IGBT主要应用场景包括主电控、OBC、空调、电子助力转 向、充电桩等场景,根据不同车型,新能源汽车单车IGBT价值量21在1500-5000元之间。核心假设：1） A级以上EV、PHEV和商用车单车主电控中IGBT价值量在2000元以上；2） A00和A0级EV单车主电控中IGBT价值量在700-800元左右；3 ）单车OBC、空调、转向助力系统等IGBT价值量在400元左右。测 算结果：2020年中国新能源车用IGBT需求量到达32.64亿元,

27、预计到2025年有望到达231.44亿元，5年CAGR增速到达47.96%。表5 :新能源车用IGBT价值量资料来源:民生证券研究院整理物流车大巴车A00级A级车以上OBC空调电子助力转向充电桩四驱：3米大巴，6个模 块,3000元10米大巴，6个模 块,3600元两驱车：1个模块，1000 juULt慢充用L2颗IGBT半桥 模块，200元以内两驱：3个模1个模块，700四驱车：2个模块，200024 颗 IGBT 单管，3001 颗 IPM,1颗模块，块，1000元元元以下100元以内200元以内假设采用SiC方案,1000 元以上高端四驱车:3个模块，3000-4000 元处功利、于功率

28、小于180KW,功利于功率100KW+,直冷方 案，功率密度、可靠性要 求高功率功率妹W左右功率 15kW-20kW80KW,水冷方水冷对体积要求不100KW ,直冷6.6kW,PFC/OBC:650V钠：参小于20KW;秦，对体积要求方案，对体积要/75A1200V/20A-数:12OOV/5OA、1200V/40-200A不高，本钱敏感续航要求高求高，本钱敏感DC-DC:100V/l-300A30A75A表6 : 2020-2025年中国新能源车用IGBT需求测算（亿元）资料来源：Wind ,中电联，GWEC, Wood Mackenzie., CPIA , Yole ,民生证券研究院测算

29、 注：国内各车型2021-2025年出货量及A00/A0占比为假设数据20202021E2022E2023E2024E2025EEV100261420520630780其中：A00/A0占比40%38%35%32%30%25%销量（万辆）PHEV244175120145180商用车121318253550合计1363155136658101010等十YOY131.6%62.9%29.6%21.8%24.7%A级以上EV0.280.280.280.270.250.24A00/A0 级 EV0.080.080.080.070.070.07单车价值量（万元）PHEV0.200.200.190.180

30、.170.16商用车0.200.200.200.190.180.17OBC.空调、转向助力系统0.040.040.040.040.040.04EV乘用车205388106124153PHEV乘用车5814222529市场规模（亿元）商用车234569电控小计2764105132156191OBC.空调、转向助力系统51321273240合计32.6476.25125.98159.08187.99231.44合计YOY133.60%65,23%26,27%18,17%23,12%国内厂商布局新能源车用IGBT情况当前国内功率厂商中,22时代电气、斯达半导、比亚迪半导体、士兰微和宏微科技等厂商已取

31、 得车企定点工程。其中时代电气主供中车旗下商用车，并和广汽、东 风等乘用车企合资成立IGBT模块封装公司，目前已大批量供货广汽、 东风、小鹏、理想等客户；斯达半导与国内大局部主流车企取得合作 关系，当前客户包括比亚迪、广汽、长安、奇瑞、北汽等；比亚迪半 导体IGBT模块主供母公司，同时小局部外售给东风、长安等车企； 士兰微当前主供客户包括零跑、汇川、上汽、吉利等厂商；宏微科技 正在和一汽、北汽、长城等厂商进行定点工程认证工作。从企业优 势来看，时代电气、斯达半导、士兰微技术进展较快，目前已有英飞 凌4代（沟槽栅）和7代（精细沟槽栅）对标产品，而比亚迪半 导体由于背靠母公司比亚迪，在汽车模块出货

32、规模上具备优势。而价 格方面，国内厂商相比海外龙头英飞凌具备明显的价格优势，预计随 着产品稳定性、产能的逐步提升，国内厂商在汽车IGBT领域与海 外公司相比具备竞争优势。表7:新能源汽车供应商定点情况合作车厂时代电气重CRRC曾哪旺汽车6。在差好长安汽车CHANOAM AUTO斯达比亚迪士兰微宏微科技东风茂军策团有眼公司DONGFENG MOTOR CORPORATIONVLfmIG东风发车策团DONGFENG MOTOR CORPORATION公 YUTONG资料来源：民生证券研究院整理HONDA.长安汽车CHANGAN AUTOV&TFOTOHQP北京四军MIC mOTMOnio东风拒车集

33、团有B艮公司DONGFENG MOTOR CORPORATION中国泛北JR汽车 XlfiV与至 fawgroupmoTcm23江泾集团长帧泛车JAC GROUP表8 :新能源车用IGBT厂商情况捺理工程时代电气斯达半导士兰微BYD半导技术对标英飞凌4代（沟槽栅）和7代（精细英飞凌4代（沟槽栅）和7代（精英飞凌4代（沟槽栅）和7代英飞凌2代（平面沟槽栅）细沟槽栅，预计22年批量）（精细沟槽栅）栅）、4代（沟槽栅）晶圆总产能IDM 8英寸3万片Fabless ,与华虹和上海先进 开展深度合作IDM 5/6寸22万片；8寸 6万片；12寸4万片；6寸和8寸均有布局车用营收预计22年10亿+预计22

34、年10亿+累计装车数 十万辆预计22年5亿+ ,累计装 车几万辆自用为主客户中国中车、东风、广汽、理想、长 安、小鹏、哪吒东风、长城、奇瑞、匕钝迪、 江淮、小鹏零跑、吉利、匕钝迪蓝海华腾、东风、长安资料来源：民生证券研究院整理2.3 风、光、储能是IGBT增长的重要动力2.3.1 功率器件是新能源发电的核心器件在新能源发电应用中, 功率半导体主要应用在汇流、整流、逆变、变压等场景，可以将光伏 和风电产生的在不同频率、电压等级的电流转化成电网能够容纳的标 准电流。在光伏应用中，太阳能板发出的直流电经过汇流和逆变，转 换成低压交流电，再经过变压器转换成并网需要的高压交流电；在风 电应用中，风机发出

35、的变化的交流电先经过整流器转换成直流电，经 过直流升压电路，并被逆变器转换成并网需要的高压交流电。光伏和 风电的逆变器由于需求的功率和电压等级较高，通常以IGBT和SiC器件为主。图30 :光伏并网系统电路图图31:风电并网系统电路图高压电网高压电网太E能电池陈列升反及焚横电窗工六多机主检制器用烟开关）吧本地负n资料来源：电脑杂谈，民生证券研究院资料来源：鹏凡科艺，民生证券研究院光伏逆变器可进一步分为组串式逆变器和集中式逆变器，2021年国 内新增光伏装机中80%左右采用组串式逆变器。组串式逆变器安装24在汇流箱之前，因此除了 DCAC模块以外，还安装有汇流模块，组 串式逆变器的额定功率通常在

36、200kW以下，而集中式逆变器的额 定功率通常在600kW-3000kW不等。据北极星太阳能光伏网统计, 2021年截至11月国内累计招标近30GW的光伏逆变器工程中, 组串式逆变器的招标规模约为23GW,约占81%,而集中式逆变器 招标规模约为5GW ,占比约18.5% ,国内光伏逆变器仍以组串式 为主，且份额有上升趋势。从均价来看，组串式逆变器由于需求的数 量较多，含汇流模块等原因，相较于集中式逆变器的价格更高。据英 飞凌数据，集中式逆变器中IGBT本钱约为2500欧元/MW （2000-3000欧元/MW ）,组串式逆变器中IGBT本钱约3500欧元/MW ( 2500-5000 欧元/

37、MW 图32 :组串式逆变器和集中式逆变器电路图图32 :组串式逆变器和集中式逆变器电路图集中式逆变器资料来源:易事特，民生证券研究院图33 2021年截至11月国内光伏逆变器装机比例I % ）资料来源：d般星太阳能光伏网，民生证券研究院光伏用功率器件在制造难度、本钱要求等方面相对较高，单管加速替 代，模块蓄势待发。相较于工控、汽车等应用领域，光伏逆变器中的 IGBT模块要求更高的频率，更高的能量转化效率，对极端环境更高 的可靠性要求以及更复杂的定制化要求，因此单管先实现加速替代, 而模块蓄势待发。长期看，我们认为，当前国内新能源快速推进，下25游需求空间广阔，且客户降本钱诉求较高，国产厂商高

38、性能产品快速 突破，且相较国外厂商具有价格优势，国产替代潜力较大。图34 :光伏逆变器的性能要求较高高频高频耐压范围宽高功率光伏普遍要求到达50.100K高频，而工控仅需要10k微逆变器主要用650VIGBT,三相组串逆变器主要是1200V IGBT高效率定制化戾求高效率定制化戾求效率要求高达98%以上需经历热，冷等外部环境，保证质量可靠封装Pin脚方式多，电路结构复杂，定制要求高资料来源：民生证券研究院2.3.2 风、光、储能用IGBT需求有望在2025年到达197亿 元核心假设：1 ）中国产逆变器2020年全球市场份额为60%且 逐步提升；2 ）光伏、风电、储能逆变器中IGBT的价值量分别

39、为0.3 亿元/GW、0.5亿元/GW、0.4亿元/GW。测算结果：2020年 中国光伏、风电和储能逆变器中IGBT合计需求量到达68亿元， 预计到2025年有望到达183亿元，5年CAGR增速到达 21.94%。26表9 : 2020-2025年中国光伏、风电和储能用IGBT需求测算（亿元）资料来源：中电联，GWEC, Wood Mackenzie., CPIA ,民生证券研究院测算20202021E2022E2023E2024E2025E蝴140165220282355454YoY18%34%28%26%28%新增装机量（GW ）风电114759299112126YoY-34%23%8%1

40、3%13%储能515365690131YoY183%141%56%60%46%单GW IGBT价值量 （亿元/GW ）烟0.300.300.300300.30030风电0.500.500.500.500.500.50储能0.400.400.400.400.400.40并网损失乘数1.121.121.121.121.121.12加47557495119152风电644252556371IGBT市场空间储能2716254059（亿元，考虑发电侧113.19104.15141.76175.30222.21281.67并网损失）YoY-7.98%36.11%23.66%26.76%26.76%中国市占

41、率60%62%63%64%65%65%中国市场空间67.9164.5789.31112.19144.44183.09注：2021-2025年装风电、光伏、储能装机量为假设2.3.3 国内厂商布局光伏、风电IGBT情况目前国内光伏、风电和 储能领域主要供应商仍为海外功率器件龙头厂商，如英飞凌、安森美、 三菱等。国内厂商中，时代电气较为领先，目前在光伏、储能和风电 IGBT模块均有供货；斯达半导、土兰微、宏微科技、新洁能等厂商 也在加速布局中。表10 :功率半导体厂商光伏逆变器布局情况资料来源：民生证券研究院整理厂商微型逆变器/储能 （单管）组串式逆变器 （模组）集中式逆变器 （模组）储能逆变器

42、（模组）风电变流器（1700V 模组）英飞凌VVVVV安森美VVVV二菱（威科）VVVV斯达VVV时代电气VVVV宏微VV土兰微VV新洁能V工控和家电是IGBT需求的稳定来源272.3.4 功率器件广泛应用于工控和家电领域工控领域的功率器 件应用较为分散，主要的应用场景包括伺服系统、变频器、逆变电焊 机、UPS电源等。1）伺服驱动单元：伺服驱动单元中的功率模块将 直流电转变为电机需要的三相交流电，假设输入为交流电，那么还需要进 行整流；2）变频器：变频器的主要功率器件主要包含整流局部和逆 变局部，其中整流局部常用二极管，逆变局部根据需求不同，可用 MOSFET或IGBT等；3 ）逆变焊机：焊机

43、进行逆变主要是为了降 低有功功率，因而先将三相或单相50Hz频率的电流整流，再逆变 成15-100kHZ的交流电，再次整流获得输出焊接电流；4）UPS电 源：内部的功率模块主要包括整流器和逆变器，当市电正常时，UPS 电源一方面给负载稳压，另一方面通过整流向电池充电；当市电中断 时，UPS电源通过蓄电池和逆变器输出负载需要的220V电压。图35 :伺服驱动单元拓扑图恸健电容三相连交元资料来源：伺服与运动控制，民生证券研究院图36 :变频器主电路拓扑图直流理线电压测爆力力力 力疥心网倒逆变器 电机例逆变等资料来源：浅谈高压变频器的电路拓扑结构，民生证券研究院图37:逆变弧焊电路结构图资料来源：知乎，民生证券研究院图38 : UPS电源电路结构图资料来源：威尔达，民生证券研究院28当前全球工控市场仍维持稳步增长，而国内在一些高精尖产品的国产 化率仍较低。以伺服电机为例，据MIR统计，全球私服电机需求量 在2020年到达3873万台，同比增杂行3