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揭秘电源办理芯片电子设备心脏七大职业推进迸发期降临

2022-05-14 12:27:10 | 作者:bob球彩

  电源办理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备体系中担负起对电能的改换、分配、检测及其他电能办理的责任的芯片.首要担任辨认CPU供电幅值,发生相应的短矩波,推进后级电路进行功率输出。

  电源办理芯片广泛运用于手机与通讯、消费类电子、工业操控、医疗仪器、轿车电子等运用范畴,一起跟着物联网、新能源、人工智能、机器人等新式运用范畴的开展,电源办理芯片下流商场持续开展。

  本期的智能内参,咱们引荐方正证券的陈述《电源办理芯片研讨结构》, 从电源办理芯片的技能特色、工业链现状和添加逻辑等方面复原电源办理职业。假如想保藏本文的陈述,能够在智东西(大众号:zhidxcom)回复要害词“nc551”获取。

  电源办理芯片归于模仿芯片,是电子设备的电能供给心脏,担任电子设备所需的电能改换、分配、检测等管控功用。

  电源办理芯片是电子设备中的要害器材,其功用好坏对电子产品的功用和可靠性有着直接影响,广泛运用于各类电子产品和设备中,是模仿芯片最大的细分商场之一。

  电源办理芯片可划分为AC/DC(沟通通直流)、 DC/DC(直流通直流)、驱动IC、维护芯片、 LDO、负载开关、 PMIC等。

  常见的电源首要分为车载与通讯系列、通用工业与消费系列,前者的运用的电压一般为48V、 36V、 24V等,后者运用的电源电压一般在24V以下。

  不同运用范畴规则不同,如PC中常用的是12V、 5V、 3.3V,模仿电路电源常用5V、 15V,数字电路常用3.3V、 2.5V等,现在的FPGA、 DSP还用2V以下的电压,比如1.8V、 1.5V、 1.2V等。

  依据电能转化过程中是否运用阻隔器材(变压器),将电路拓扑结构分为阻隔型和非阻隔型。

  阻隔型电源运用变压器将输入电压与输出电压进行阻隔,进步电路安全性。阻隔器材能添加电路的安全性,大电压场景一般需求阻隔器材。如用市电供电,人触摸电源的输出端或地端或许会有触电风险。鄙人雨天打雷的时分, 没有阻隔或许导致电路焚毁。

  阻隔电源一般有两种方式,分为线性电源和开关电源。线性电源先经过变压器降压再整流, 变压器体积难以做小;开关电源先整流, 再经过开关管来添加输入电压频率, 变压器体积小,电源体积能够做小。两种电源都需求多颗电源芯片来完成功用。

  非阻隔型电源输入输出端没有运用阻隔器材(首要是变压器)进行阻隔。经过操控开关管占空比(D, 0

  电源的开关管首要运用的是MOSFET, 功率MOSFET能输出较大的作业电流(几安到几十安培)。MOSFET有两品种型:N沟道和P沟道。

  N沟道首要 用于AC/DC电源、 DC/DC转化器、逆变器设备。P沟道首要用于负载开关、高边开关等。

  依据沟通输入转直流输出过程中,是否经过变压器进行阻隔, AC/DC芯片分为阻隔和非阻隔两种方式:非阻隔交直流通换器/操控器;阻隔的SR、 PSR、 SSR。

  按是否集成MOSFET分为:转化器和操控器, 前者集成,后者需求外置MOSFET调配运用。 大功率场景,一般挑选操控器与外置MOSFET。阻隔型AC/DC芯片:次级同步整流器(SR)、原边反应交直流通换器(PSR)、副边反应交直流通换器(SSR)。

  手机快充是近年来手机电源办理芯片的一大开展方向,传统快充计划有高电压小电流和高电流小电压, 高电压简单易行,对配件要求低,但因为需求降压, 功率偏低,功率难以进步;高电流通化率高,但对配件要求高,尤其是线材,电流太大线材要么本钱直线上升,要么无法接受,导致呈现瓶颈。 高电压高电流是快充技能演化的必然趋势,怎么高效降压为电池充电成为要害。

  这儿需求的一个要害器材称为电荷泵,电荷泵也叫无电感式DC-DC转化器,运用电容作为储能元件。能够使输出电压折半或倍增,依据能量守恒,电压倍增会使电流折半,电压折半会使电流倍增。转化功率能够到达95%以上。

  别的一种重要的电源芯片是线性稳压器首要是低压差线性稳压器(LDO),是物联网电子产品中运用最为广泛的电源芯片, 其作用是在输入电压或许负载电流发生改动的状况下依然能够安稳的输出电压。

  如今的电源办理芯片一般集成了多种功用,称为多通道电源办理IC(PMIC), 高通、联发科、海思等手机芯片厂家的PMIC一般与SoC主控绑定出售,现在国产厂家PMIC产品较少。

  电源办理芯片工业链分为晶圆制作、芯片规划、分销署理和下流运用,首要的玩家如下图所示。

  2018年全球电源办理芯片商场规划约为251亿美元,获益于物联网及5G年代运用范畴的不断拓宽以及需求的不断添加,估计2026年将扩张至约550亿美元,其间DC-DC、 LDO、 PMIC等品类规划占比较高。

  电源办理芯片国外厂商占比高,包含德州仪器、高通、 ADI等,头部厂商市占率超越70%。

  国内厂商首要包含圣邦股份、思瑞浦、杰华特、矽力杰、士兰微、南芯、钰泰等,市占率较小且客户根本为国内相关厂商。

  尽管国外厂商品类完全、掩盖范畴多,竞争力强;国内厂商品类较少,但细分范畴具有较强竞争力。

  电源办理芯片下流运用范畴包含移动和消费电子、工业操控、轿车、电信与基建等。 2018年移动与消费电子范畴占比超50%;跟着消费电子品类的不断增多以及新能源轿车的开展,运用于消费电子与轿车范畴的电源办理芯片占比有望持续进步。

  因为运用范畴规划添加和新式运用场景拓宽,估计未来电源办理芯片将迎来一波迸发式添加。以下咱们将剖析七大细分范畴中电源办理芯片的开展趋势。

  新能源轿车中,电源办理芯片运用于内部芯片供电以及动力电池体系充放电。芯片相较于传统轿车显着增多,相应电源办理芯片需求也增多;

  充电桩中运用大电压DC-DC与AC-DC产品。因为车用芯片要求较高,且需求经过车规级认证, 现在具有车规级电源办理芯片生产能力国内厂商较少。轿车电源办理芯片首要厂商:TDK(日本)、博世(德国) 等。

  在智能电表中, 电源办理芯片首要担任调理电压电流以为内部芯片供电。国家推进电网智能化的趋势下,智能电表掩盖率不断进步,相关芯片用量也有所添加。电表替换周期一般为8年, 2009年国家电网发布智能电网规划,大规划装置智能电表, 2018年起智能电表将迎来替换周期,参阅曩昔的智能电表投标量改动状况,估计未来3-5年内智能电网投标总量超越3亿只。

  通讯基站方面,获益于5G的快速开展与遍及,通讯基站有望为电源办理芯片商场带来新增量。5G基站首要包含宏基站以及小基站,宏基站掩盖半径大,小基站灵敏准确,易于布置。据前瞻工业研讨院猜测, 未来5年内我国将建成宏基站近400万座。

  宏基站:JP Morgan预算每个宏基站电源办理芯片本钱约为50-100美元,取中值核算, 2022年宏基站电源办理芯片商场规划有望超5亿元;小基站:据SCF猜测, 2025年全球小基站需求量将添加到7000W个,依据日经新闻对华为小基站本钱拆解进行核算, 未来小基站电源办理芯片商场规划有望超1.5亿人民币。

  别的一个新基建范畴是安防, 2019年我国安防职业商场规划超8000亿元,安防摄像头作为重要组件出货量持续添加, 估计2024年全球安防摄像头出货量约5亿颗,对应电源办理芯片需求约20亿颗。

  据IDC猜测, 家庭安全监控设备出货量未来五年复合添加率有望超40%,有望成为电源办理芯片的重要添加范畴之一。

  5G商用以来,我国5G设备出货量上升趋势显着, 2021年四月我国5G手机出货量2142万台,较去年同期添加近10倍。

  5G手机兼容2、 3、 4G,射频前端芯片用量大增,带动电源芯片出货添加;手机多摄浸透率持续进步, LDO等电源芯片需求添加;屏幕更大、 5G功耗更大,快充鼓起,带动快充ACDC/DCDC/电荷泵芯片出货添加。

  获益于疫情导致的线上工作与线上学习形式,笔记本电脑、平板电脑等便携式终端设备出货量显着添加, 打破了新近几年低添加的出货量瓶颈。2020年全球笔记本电脑出货量2.01亿台,同比添加超20%, 疫情前后平板电脑出货量也添加显着。

  后疫情年代获益于人们作业方式的改动以及设备更新换代需求,笔记本电脑与平板电脑出货量有望连续上升趋势;跟着笔记本电脑与平板电脑人机交互功用的增强以及对低功耗长待机需求的进步, 电源办理芯片在该范畴的需求有望持续添加。

  别的一种很重要的消费电子是TWS耳机, 苹果airpods系列TWS耳机大部分电源办理芯片来自德州仪器,国内厂商切入时机较小;安卓TWS耳机品牌较多,有华为、小米、漫步者多家国内厂商,且市占率较高,相关芯片国产化时机相对较大。

  钰泰、圣邦微、 矽力杰、韦尔等厂家的电源办理芯片均已在安卓TWS耳机中被广泛运用。跟着安卓TWS的出货量及市占比逐步进步, 该范畴将为电源办理芯片带来巨大的国产代替空间。

  在音频传输设备中, 电源芯片首要为内部芯片供电以及驱动音频功放, 运用范畴包含TWS耳机以及蓝牙音箱设备等。TWS耳机商场规划快速添加, 2016-2019年商场规划从16.1亿美元添加至118.4亿美元, 2024年有望到达420.9亿美元。

  TWS耳机长续航、智能化趋势,对电源办理芯片要求也将进步,电源办理芯片在TWS耳机中本钱占比有望进步。

  蓝牙音箱运用的电源办理芯片包含LDO、 DC-DC等,首要用于充电、为内部芯片供电及驱动音频功放等方面。据蓝牙技能联盟计算, 2020年全球蓝牙设备出货量4.0亿台,估计2025年出货量将超6亿台, 蓝牙设备首要分为一般蓝牙音箱、智能音箱与蓝牙耳机等品类,一般蓝牙音箱主打音质,智能音箱主打人机交互体会。

  据IDC数据, 2020年我国智能音箱出货量3676万台,全体出货量增速放缓, 现在该场景电源办理芯片商场中的首要玩家包含MPS、 TI、杰华特、矽力杰等。

  电源办理芯片在消费电子中最大的一个添加点来源于快充技能,多摄像头、高刷屏幕、 5G射频耗电大增,电池容量难有革命性打破, 快充成为处理续航焦虑首选计划。5W充电器次级更多运用肖特基二极管整流,快充更多运用次级同步整流, 快充多运用一颗AC/DC芯片。

  充电器中体积占比最大的器材为变压器, 欲将充电器做小的要害在于把变压器做小, 将变压器做小的要害在于进步开关管的开关频率,频率越高,所需的变压器体积越小。传统Si资料的开关管的频率已达上限,再快会导致发热损耗严峻。第三代半导体资料GaN能够到达更高的开关频率,进一步缩小充电器的体积。

  各大终端品牌纷繁推出氮化镓充电器配件(After Market),氮化镓快充本钱高于一般快充,只要少数高端品牌会随机附赠充电头(in-box),为第三方国产充电头开释空间。

  快充头首要终端运用为手机、平板、笔记本。估计2023年手机、平板、笔记本总销量为17.43亿台, 2020年至2023年复合添加率为3.31%。

  跟着各大手机品牌商撤销附赠充电头,手机、平板、笔记本等多设备一致Type-C接口, 估计到2023年,手机、平板、笔记本与充电器的出货份额逐步下降为1:0.8, 快充充电头销量为13.94亿个。

  氮化镓快充功率操控器比一般快充的本钱高,跟着人们对充电器小体积的寻求,估计未来氮化镓快充会进一步浸透,依照2023年一般快充:氮化镓快充商场份额为1:1预算, 估计充电头AC/DC芯片商场规划为8.36亿美金。

  依据GSMA数据, 2018年全球物联网设备数量为91亿个, 2010-2018年复合添加率为20.9%,估计2025年全球物联网设备将高达252亿个。物联网设备运用蓝牙芯片、 WIFI芯片、MCU、传感器等以完成联网交互功用。跟着物联网设备中各类芯片的添加以及对低功耗的需求,该范畴电源办理芯片需求有望持续添加。

  消费晋级大趋势下,扫地机器人等智能家居产品出货量持续上升,商场规划不断扩张,零售额从2014年22亿元添加至2019年80元,估计2024年有望添加至129亿元 。现在扫地机器人现已进入降价阶段,顾客消费志愿有望进一步进步,出货量有望持续添加;

  扫地机器人中有主控芯片、 WIFI、音频芯片等多种元器材以及传感器,未来跟着智能化需求的不断进步,扫地机器人中将运用更多的传感器及芯片,对电源办理芯片的需求将越来越大。

  扫地机器人部分芯片国产化率较高,但电源办理芯片国产代替率不高,未来跟着国内厂商产品竞争力增强,该范畴有望开释可观国产代替空间。

  在消费电子、家电、移动终端等范畴,我国品牌认可度逐步进步, 诞生了一批世界级的家电和消费电子公司。

  电源办理芯片技能门槛不高,且商场增量可观, 国内芯片厂商连续切入, 国产代替潜力巨大。

  现在国内多家电源办理芯片厂商已切入国内相关品牌厂商供给链,且逐步闪现代替趋势, 未来国产代替程度有望进一步加深。

  一台家电中一般内置 1-8颗电源办理芯片。大都家电运用多颗不同类型的电源办理芯片,包含AC/DC、 DC/DC、栅驱动芯片等。2019年家电电源办理商场规划为21.7亿元。

  LED首要分为:LED显示屏、景象LED照明、室内LED照明;不同运用场景的LED驱动芯片有不同的要求。

  据TMR数据计算, 2018年LED驱动IC商场规划为38亿美元,其间亚洲区域商场份额最高,占比为30%。跟着全球LED照明制作工业持续向我国搬运,未来我国LED驱动电源IC产量占比有望再进一步进步。

  全球对LED照明处理计划的需求正快速添加,而且跟着智能LED处理计划的呈现,估计LED的采用率将进一步进步。据TMR猜测, 2018至2027年LED驱动IC商场规划复合添加率为8%, 2027年达68.42亿美金。

  据FMI数据计算, 2018年马达驱动IC商场中北美区域商场份额最高,占比为29.7%,随后为欧洲占比28.3%,亚太区域占比21.6%等。据Fact.MR猜测, 2020年马达驱动IC商场规划到达22.5亿美元, 2020至2030年马达驱动IC商场规划复合添加率为6.2%, 2030年马达驱动IC总商场规划估计将达41.1亿美元。

  智东西以为,跟着5G通讯、新能源轿车、物联网等下流商场的开展,电子设备数量及品种持续添加,关于这些设备的电能运用效能的办理将愈加重要,然后带动电源办理芯片需求的添加。别的,电源办理芯片的运用规模将愈加广泛,功用愈加精密杂乱,全球电源办理芯片商场将具有宽广的商场空间。

  原标题:《揭秘电源办理芯片,电子设备心脏,七大职业推进迸发期降临【附下载】 智东西内参》



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