功率半导体分类、市场空间及国产替代机遇分析

受益新能源需求拉动，功率半导体国产替代空间巨大。

1. 电能转换核心部件，功率半导体应用场景不断拓宽

功率半导体在电路中主要利用半导体的单向导电特性实现电源开关和电能转换，进而实现变频、变相、变压、逆变、整流、增幅和开关等特定功能，是电子装置中电能转换与电路 控制的核心部件，功率半导体分为功率器件和功率 IC，其中功率器件包括二极管、晶体管 和晶闸管，功率 IC 包括 AC/DC、DC/DC、电源管理和驱动芯片等。

不同结构的功率半导体器件具备不同的性能，应用场景亦不尽相同： 二极管：结构简单，具有单向导电性，主要用以整流、检波及开关，因可承受的电流 电压较小，主要被应用于消费电子，二极管产品主要包括肖特基二极管（SBD）、快 恢复二极管（FRD）、超快速恢复二极管、小电流整流二极管和电容二极管等，其中 快恢复二极管适用于较大功率场景。

晶闸管：体积小、可靠性高，可承受较高的电压和电流，一般用于可控整流、交流调 压、变频器和逆变器等电路，多用于高压直流输电和轨道交通，最基础的为可控硅 （SCR），较为常见的还有门极可关断晶闸管（GTO）。

晶体管：电子电路的核心元件，根据结构不同，可分为金属氧化物半导体场效应管 （MOSFET）、双极型晶体管（BJT）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT），其中 MOSFET 具有驱动简单、高频特性好等特点，被广泛应用于开关电源、镇流器和高频感应加热 电路；IGBT 是 BJT 和 MOSFET 组合而成的复合元器件，同时具备两者优点，适用 于低频高功率场景，广泛应用于逆变器、变频器和电源开关等。

在功率半导体市场中，功率器件约占 40%左右的市场，其中，MOSFET 在功率器件市场 中占比最高，约为 40%，紧随其后的为功率二极管和 IGBT（包含芯片、模组和模块）， 分别约占 30%和 25%市场，晶闸管占约 5%市场。

功率半导体市场成长推动力逐渐由家电、工控转向新能源、风电、光伏与储能等。功率半 导体是弱电控制和强电运行之间的桥梁，其应用场景相当广泛，传统场景以家电、工业控 制和通信等下游为主，而由于其将“粗电”转变成“精电”的特性，成为了节能减排核心 基础技术，随着全球范围内绿色环保能源的不断推广，功率半导体器件的场景已经被扩展 至新能源车、光伏、风电和储能等，未来，上述新兴市场的不断成长，将为功率半导体市 场进一步发展带来重要的推动力。

2. 新能源车、光伏成长趋势仍将延续，功率半导体有望同步成长

汽车电动化、智能化趋势推升功率半导体单车价值量。汽车原本便是功率半导体核心传统 下游，近两年的电动化和智能化趋势对功率半导体需求的提升尤为明确，尤其是电动化程 度的提升下，新能源车普遍需要采用高压电路，当电池输入高压时，需要频繁进行电压变 化，由此推升了 AC/DC、变压器、换流器等器件模块的需求，而这类模块正是 IGBT、 MOSFET、晶闸管和二极管等功率器件的主要应用场景。据英飞凌统计，2018 年，与传统燃油车相比，在 48V/MHEV 和 FHEV/PHEV 中，半导体价值量分别新增 100 美元和 365 美元，其中功率半导体价值量分别新增 75 美元和 300 亿美元，在纯电动车中，单车半导 体价值量为 750 亿美元，功率半导体占 455 美元。

2021 年为新能源车发展元年，电动化趋势愈加明朗。在特斯拉的带动下，新能源车技术 和产业链不断成熟，国内一大批造车新势力以及华为、小米等传统科技强者亦相继切入新 能源赛道，汽车电动化、智能化和网联化趋势不断加速，在各国政府政策支持下，新能源 车销量有望持续增长，TrendForce 最新数据显示，2021 年全球新能源车销量达 647.3 万 辆，同比增长 122%，其中纯电动约占 72%，插电混合式电动约占 28%。

整体而言，随着新能源车销量的不断增长以及汽车电子化率的提升，车载功率半导体市场 有望持续扩张，据 Yole 预测，从 2022 年到 2026 年，全球新能源车（EV+HEV）的功 率半导体器件市场有望以年复合 25.9%的增速稳步成长。

光伏发电是 IGBT、MOSFET、晶体管等功率器件重要应用场景。在光伏发电过程中，光 伏阵列所产生的电能是直流电，然而许多负载需要交流电能，因此将直流电转变成交流电 的逆变器成为不可或缺的部件，光伏逆变器主要由输入滤波电路、DC/DC MPPT 电路、 DC/AC 逆变电路、输出滤波电路和核心控制单元电路组成，这些电路中需要大量使用 IGBT、 晶体管等功率器件，在上市公司固德威披露的原材料成本中，IGBT 元器件、IC 半导体占 比高达 10-15%。

光伏新增装机量增长直接推升逆变器需求，市场亦有望迎来更替需求。在全球各国政府相 关政策推动下，从传统能源往清洁能源转型的步伐正逐渐加快，未来几年，全球每年新增 光伏装机量有望不断攀升，据 Trendforce 预计，2023 年全球有望新增光伏装机 351GW， 同比增长 53.4%，这将为逆变器需求带来最直接的带动作用，此外，逆变器中 IGBT 等电 子元器件的使用年限为 10-15 年，回顾 2013-2019 年间，全球新增光伏装机量年复合增 长 20%，累计装机量超过 500GW，这意味着，未来几年光伏逆变器市场有望迎来一轮可 观的更替需求。

储能有效降低弃光率，与光伏相辅相成。光伏属于间歇性可再生能源，随着这类能源的高 比例并网，现有的电网消纳能力瓶颈有限，会被冲击影响稳定性，而且会造成弃光率的提 升。储能可以通过特定的装置或物理介质将能量储存起来，以便在需要时利用，因此，对 电网配置储能，不可以平抑光伏等新能源的发电波动，降低弃光率，提升电网稳定性，这 意味着，储能与光伏相辅相成，光伏装机量的不断攀升，将带动储能市场的不断扩容。 电化学储能前景广阔，储能逆变器需求明确。根据存储能量形式，储能分为电储能、热储 能和氢储能，当前，电储能是最为主要的储能方式，从 2020 年我国已投运的储能项目装 机规模情况分析，机械储能（抽水储能）占比较高，电化学储能次之，但随着锂电池技术 的不断成熟，以及退役动力电池回收函待解决，电化学储能正迎来大范围推广阶段，装机 增速较快。电化学储能最核心的构成是电池和储能变流器。其中，储能逆变器是功率半导 体的核心应用场景之一，而且，与光伏逆变器不同的是，储能逆变器在满足逆变需求的同 时，还需兼顾整流作用，因此对功率半导体的要求更高。

整体而言，在新能源车、光伏和储能的带动下，全球功率半导体市场规模有望加速成长， 据 Omdia 预测，2019 年全球功率半导体市场规模为 455 亿美元，2024 年有望增长至 553亿美元，年复合增长 3.98%，其中，功率器件市场亦有望实现同步高质量增长，据 Yole 预测，2020 年-2026 年，全球功率器件市场有望以 6.9%的年复合增速，从 175 亿美元增 长至 262 亿美元。

3. 全球最大本土市场，内资迎国产替代最佳机遇

中国是全球功率半导体最大需求国，新能源光伏发展有望带动比重进一步提升。随着工业 控制、通信和消费电子等核心下游不断往国内转移，中国已成长为全球最大的功率半导体 需求国之一，占全球市场比重超过 40%。展望未来，功率半导体成长所需的两大核心下游 应用场景（新能源车、光伏）中，中国市场亦将扮演不可或缺的角色，因此可以预见，中 国功率半导体市场占全球市场的比重有望继续提升，中国市场的重要性有望进一步凸显。

中美贸易摩擦，国家政策引导功率半导体国产替代。我国功率半导体企业大部分存在起步 晚、技术水准低、产品线不齐全和规模小等弊病，而模拟芯片行业中，工程师经验和 know-how、企业技术储备等极为重要，这使得内资企业过往在追赶时往往有心无力，而 近几年，中美贸易摩擦导致的美国为首的西方国家对我国半导体产业的限制，使得我国政 府不断出台鼓励扶持政策，反而为本土功率半导体行业的发展营造了良好的政策氛围，随 着内资企业不断突破技术壁垒，依托庞大的本土市场，我国功率半导体行业的国产替代有 望加速推进。

由于 2020 年上半年疫情、贸易摩擦以及实体名单的叠加影响，以及过去几年市场对于晶 圆需求的投资错配，从 2020 年下半年开始，全球 MOSFET、IGBT 等功率芯片开始出现 缺货状态，且这一状态维持了 2021 年全年，而国内功率晶圆代工产能恰好在这轮缺货周 期中逐渐释放，这为内资晶圆厂以及上游相关设计公司提供了客户导入、快速放量的重要 契机。 从数据看，当前全球功率芯片的龙头企业仍是英飞凌、安森美和意法半导体等外资企业， 国内企业则展现出了较强的成长性，2021 年，全球功率芯片营收前 20 的公司中，中国企 业已有 6 家，其中安世半导体、华润微更是闯入前十，扬杰、士兰微等的排名亦稳步上升。 考虑到国内超 100 亿美元的市场空间，以及对比安世半导体、扬杰等 2021 年的营收，民 德电子当前半导体业务不到 3 亿的收入，显然还具备较大的成长空间。