2022年电源链行业发展现状分析 电源管理芯片市场较信号链更大

电源管理芯片市场较信号链更大。根据 Frost&Sullivan 统计，2020 年全 球电源管理芯片市场规模约 328.8 亿美元，2016-2020 年 CAGR 为 13.52%。随 5G 通信、新能源汽车等市场发展，电子设备数量及种类持 续增长，带动电源管理芯片需求增长。国内来看，2020 年中国电源管理 芯片市场规模约 800 亿元人民币，占据全球约 36%市场份额。预计 2020 年至 2025 年，中国电源管理芯片市场规模 CAGR 为 14.7%， 2025 年 将达到 234.5 亿美元的市场规模。

电源链产品主要包括：AC/DC、DC/DC、电池管理、驱动芯片等。针对 电子产品各部分正常工作电压不同，电源管理芯片对电池输出的固定电 压进行升降压、稳压处理后，使其达到期望的电压值，以满足各个模块 的供电需要。电源芯片根据应用场景差异，可单独使用或与外部电子元 器件组合成模块从而实现电源转换的功能。

电源管理方案从分立向集中式演进。随着技术的发展，下游电子设备对 于效率以及体积的要求不断提升，目前电源管理方案也在不断升级，集 成度不断提升。

1.1.2.1. DC/DC

DC/DC 模块：DCDC模块包括的模拟 IC种类主要为 DC/DC开关电源、 线性电源（主要是 LDO）以及用于调制的 PWM、PFM、PFC 等。目前存 在的 DCDC 电源芯片主要包含两种：一是线性电源，主要包括低压差线 性稳压器（LDO）等；二是开关电源。其 中，LDO 主要被应用于降压稳压、输入电源隔离、滤波等。开关电源主 要被应用于工作电压转换、隔离以及降噪等，相比于 LDO 其电路更加 复杂，成本也相应更高。

综合来 看，DCDC 产品市 场规 模有望 达到 76.7 亿美金 （开 关 DCDC+LDO）。线性稳压器来看，2020 年市场空间为 27.13 亿美元，预计到 2026 年， 市场规模有望达到 31.78 亿美金。 LDO 电路结构较为简单。运放会持续比较电路的输出电压与参考电压，并实时 调节 MOSFET 的栅极电压，从而实现稳定的输出电压。

开关电源可以分为隔离式和非隔离式。根据变压方式，开关电源可以被 分为隔离式和非隔离式，其中非隔离式 DCDC 电源转换效率更高，体积 小，复杂度较低，基本拓扑主要包括降压（buck）、升压（boost）以及升 降压型（buck-boost）等。隔离式 DCDC 电源通过变压器来实现电压的 升降，抗干扰能力更强，安全性也更高，但通常体积较大，成本较高。

PFC 控制在开关电源中用以提高功率因数。功率因数（PF）指的是有效 功率与总耗电量的比值，用以衡量电能被利用的效率。功率因数越大， 表示电能利用率高。PFC 控制器通过对输入电流波形进行调制，减小电 流谐波并减小输入电压与基波电流的相位差，提升 PF 值。在开关电源 DCDC 中，PFC 控制器主要用以调节电流和电压之间的相位差，减少功 率损失。

相比有源 PFC，无源 PFC 调制效果更佳。

DC/DC 开关电源调制主要包括 PWM 和 PFM，由 PWM、PFM 或 PWM/PFM 控制器来实现。DCDC 开关电源中核心功率开关器件的调制 方式而言，常采用以下三种方式：1、脉冲宽度调试（PWM）；2、脉冲 频率调制（PFM）；3、混合脉冲调制（PWM/PFM）。在不同应用中，要 针对系统设计的要求，采用相应的脉冲调制方式，由 PWM、PFM 或 PWM/PFM 控制器来实现该功能。

PWM 方式：反馈电压与基准电压闭环负反馈调节，对 PWM 脉冲占空比进行调控，进而实现对系统输出电 压的控制。 PFM 方式：当系统轻载时，PWM 功耗大，为弥补 PWM 不足，PFM 被 提出。PFM 调制方式有二：1、保持脉冲高电平时间恒定，调节低电平 持续时间，来改变脉冲频率；2、保持脉冲低电平时间恒定，调节高电平 的持续时间，来改变脉冲频率。 PWM/PFM 混合模式：该模式可以理解为是 PWM 和 PFM 的融合，即 开关电源的脉冲宽度和频率均可以改变。

AC/DC

AC/DC 模块：AC/DC 主要应用于消费、医疗、工业和过程控制、测量、 半导体制造设备和国防等领域。例如在家电设备中，设备实现高效 AC/DC 转换可以显著减少能量损失，节约成本。在电动交通领域，高性 能的 AC/DC 可以有效加快充电桩的充电速度。在 AC/DC 系统中，通常 包含低电压控制电路及高压开关晶体管，从而将交流变换为直流。 AC/DC开关包括隔离式和非隔离式两类。一般AC/DC开关电源包括隔 离式和非隔离式两种类型，非隔离式 AC/DC 开关电源主要应用于电压 较小的场景，常见的拓扑结构为 buck 降压型以及 boost 升压型。隔离式 AC/DC 开关电源应用更为广泛，主要被应用于高电压场景，如工业设备 供电等，常见拓扑结构包括正激、反激、全桥、半桥、推挽等。

AC/DC 中功能模块主要包括 AD/DC 转换器以及用于调制的 PWM、 PFM、PFC 等。 其中，保护（采样）电流作用是对输出电压进行检测和采样，并将采样 信号送入控制电路（包含 PWM、PFM 等）进行调制，控制功率管的驱 动脉冲宽度，从而调整导通时间以使输出电压稳定。

电池管理

电池管理系统（BMS）：BMS 是电池与用户之间的纽带，主要对象为二 次电池。一般而言，BMS 要实现的功能包括：准确预估电池的核电状态、 平衡单体电池、动态监测电池组工作状态等，需要一系列模拟、数字芯 片密切配合，完成特定监测功能。

BMS 中的模拟芯片主要包括充电管理 IC、电池计量 IC、电池安全 IC 等。电池安全 IC 负责监控电池状态，通过实时监测每节电池或电池包， 避免出现过充、过放、过流和短路等故障。电池计量 IC 负责计算电池的 电量状态和健康状态。充电管理 IC 将外部电源变压，并在充电时进行检 测。

2020 年 BMICs 市场规模约为 30.23 亿美金。

驱动芯片

驱动芯片：驱动芯片介于主电路和控制电路间，通过放大控制电路的信 号（通常是 PWM 脉冲），使其能够实现对功率晶体管的驱动。按照应用 领域，驱动芯片可以主要分为：电机驱动芯片、显示驱动芯片、音频功 放芯片等。下游应用来看，2018 年电机驱动芯片的占比最高，且至 2023 年都将保持占有率第一的地位。

电机驱动芯片内往往集成 CMOS控制电路和 DMOS功率器件。电机驱 动芯片可与主处理器、电机和增量型编码器三者组成共同运动控制系统。 根据《高压 N 型 DMOS 全桥直流电机驱动芯片的研究与设计》，电机驱 动芯片内部主要包括电源模块、高压电荷泵模块、功率管栅极驱动模块、 模式控制模块、保护模块等。其中电源模块由 LDO 及带隙基准电压源 组成，为后级低压模块提供稳定的供电电压。功率管栅极驱动模块包括 栅极驱动电路以及高压 DMOS 功率管（可以被集成在芯片内部），其作 用是提供栅极驱动电压和电流，DMOS 功率管可以实现快速的关断和开 启。模式控制模块主要将外部输入的逻辑信号转换为栅极控制信号，来 分别控制电机的转向、速度等。保护模块的主要功能是提供过温保护、 过流保护、欠压锁定、上电复位等。

显示驱动芯片：往往采用标准通用串行亦或并行接口接受命令与数据， 同时生成相应的电压、电流、解复用、定时信号，使显示终端呈现所需 的文本或图像，主要包括 LED 驱动芯片、LCD 驱动芯片等。显示驱动 芯片应用十分广泛，主要涵盖智能手机、可穿戴、平板电脑等各类消费 电子设备以及汽车、工业等具有显示功能的设备中。以 LED 驱动芯片为 例，其芯片按 照功能可以划分为多个子模块，包括偏置模块（提供参考电压和偏置电 压）、误差放大模块、脉宽调制模块（如 PWM 模块）、驱动模块（前级 驱动电路）、振荡器模块以及各种保护器模块等。

音频功放芯片主要应用于媒体播放设备的音频信号放大，包括A类、B 类、AB 类以及 D 类等。音频功放芯片的功能是将来自音源或前级放大 器输出的弱信号放大，同时实现对播放设备的驱动，产生声音信号，是 多媒体播放设备的核心部件。根据《高效率无滤波的 D 类音频功率放大 器芯片设计》，目前常见的音频功放芯片按照功率及放大效果主要可以 划分为 A、B、AB、D 类芯片等。

其中 A 类功放芯片是完全线性放大的放大器，能耗较大，但失真度低； B 类功放效率较高，但常产生跨越失真；AB 类功放兼容了 A 类功放和 B 类功放的优势，效率比和保真度较为平衡，在汽车音箱中应用较为广 泛。D 类功放（也称为数字功放），通过 MOSFET 器件工作，相比于 AB 类功放效率更高（理论效率可以达到 100%）。以 D 类芯片为例，其主要 包括前置放大器模块、PWM 调制模块、内振荡器模块、关断控制模块、 门级驱动模块、偏置电路以及噪声消除模块等。

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