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IGBT广泛应用于工业、汽车、通信及消费电子领域，其主要电压应用范围在600V到1200V之间。由于经济的飞速发展，我国能源需求量大幅上升，在节能减排政策的背景下， 工业控制、变频白色家电等节能效果明显的产品近年来市场规模不断扩大。
低压领域：IGBT主要应用于变频白色家电，例如冰箱、空调等家用消费电子必需品与重要耗能品。在汽车领域， IGBT低导通状态压降低特性有利于传统燃油汽车电子点火系统对燃料效率的提升。同时随着新能源汽车替代率逐步上升，将持续拉动 IGBT模块市场的需求。在工业领域，随着新基建步伐的加快， 我国建成5G基站、人工智能产业、新能源充电基础设施快速发展。
中压领域：随着信息产业与高端制造业的快速发展， 新能源并网和电网工程建设工程逐步加强，我国工业逆变焊机、逆变频器市场持续升温，USB电源和新能源变电市场稳步增长。
高压领域：我国轨道交通发展规模与电网传输投资规模持续增长。 IGBT行业增长动力 ：节能减排推动市场增长。根据各国电动汽车动力来源及碳排放量数据可知，以煤炭为主要动能的国家碳排放量最多 ，印度碳排放量高达370g Co2e/km。中国电动汽车同样以煤炭为主要动能 ，其碳排放量为258g Co2e/km。由于经济的飞速发展 ，我国能源需求量大幅上升，在节能减排政策的背景下 ，工业控制、变频白色家电等节能效果明显的产品近年来市场规模不断扩大 。
▲各国电动汽车动力来源及碳排放量
根据IHS Markit 统计数据显示，2018年全球IGBT分立器件市场规模13.1亿美元，IPM模块16.8亿美元，IGBT模块32.5亿美元 。
2016年中国IGBT市场规模为15.40亿美元，2018年为19.23亿美元，对应复合年均增长率为11.74%。
根据数据显示2019年全球IGBT各应用领域的市场规模 ，其中工业领域占比28%，汽车领域27%，其次是通信领域 15%，消费电子 14%。 ▲2015-2018年 全球IGBT市场规模 ▲2019年全球IGBT应用领域市场规模占比 ▲IGBT应用领域 IPM目前被广泛应用于消费电子，工业等领域。就 2019年全球的 IPM市场份额来说，有消费电子，伺服电机，UPS和其他领域。 对国内市场来说， IPM主要应用于三大白电，是变频功能的重要部分。我国在 2019年的变频空调销量约有6800万台，接近于全部空调的半数；变频洗衣机大概售出了 2600万台，占全部销量的百分之四十；变频冰箱售出了大概 2000万台，约为全部冰箱的四分之一。
随着我国家电变频的进一步发展以及在工业上开始更多的应用，对 IPM模块的需求也会进一步扩大，因此IPM的市场有很大发展空间和很好的前景。 ▲2019年全球IPM不同领域市场份额 ▲ 2018年三大变频白电的销量占比 ▲IGBT应用领域 低压（600V）：变频白色家电。家庭中的电力供应使生活更加丰富 ，家庭能耗中 50%用于供暖/冷却，电冰箱和烹饪。IGBT作为能源变换与传输的核心器件 ，可以用更高效的方法减少消费者用电量 ，减少事氧化碳排放，有助于节能环保 ，建设节约型社会。 家电作为每个家庭的必需品 ，近年来全球家电的销量呈现上升的趋势 。数据显示，2019年全球家电销量高达5.7亿，同比增长约4%，相较于2006年全球家电销量上升了近50%。 ▲家庭消费电子能耗占比 ▲ 全球家电销量图 低压（600V）：变频白色家电（空调）。空调作为家庭消费电子耗能的重要产品 ，其销量近年来逐步上升。产业在线数据显示，中国2018年家用空调销量达1.5亿台，同比增长6.24%，2019年销量虽稍有回落，但近年来家用空调销量呈上升趋势。 空调变频白色家电为IGBT模块和IPM模块的主要应用领域 。士关微提供变频空调外机整体解决方案：MCU+IPM+AC/DC+IGBT模块。同时控制空调压缩机和直流风机，降低电控成本兼具启动速度快等优点 。 ▲ 2014-2019年空调销量 ▲ 变频空调外机电路 冰箱是现代家庭的必需品 ，根据数据，近年来冰箱的销量呈现较缓的上升 ，2019年冰箱的销量约为7754万台，销量同比增加3.13%。美的集团 、青岛海尔及TCL集团作为冰箱行业上市公司的三大龙头企业 ，近年来营业收入上升，利润增加。产业在线数据显示，2019年美的集团营业收入高达 2217.7亿。 冰箱需要24小时不停运转 ，最重要的就是降低功耗 ，压缩机的驱动器由 IGBT组成，共需 6个IGBT。 ▲中国冰箱销量图 ▲空调单相异步电机驱动电路 低压（600V）：传统燃油汽车 。 中国每年消耗大约1200万桶汽油，汽油的燃烧会产生大量二氧化碳，汽车工业采用很多方法改善燃料效率，电子点火系统对提升燃料效率做出了重要贡献。 电子点火系统：容易控制火花持续的时间，冷启动汽车电池电压 <10V，IGBT低导通状态压降低的优势得以体现。 ▲电子点火系统电路示意图 ▲全球三大主要市场(中国&欧洲&美国）燃油车销量 低压（600V）：电动汽车（中国） 。根据中汽协发布的产销数据， 2018年，新能源汽车产量及销量分别为127万辆和125.6万辆，同比分别增长59.9%和61.7%。2019年，新能源汽车产量及销量都略有下降，分别为124.2万辆和120.6万辆。 在国家政策支持及行业快速发展的推动下，比亚迪积极推进新能源汽车产业， 2019年新能源汽车销量达到23万辆。 2016年11月国务院印发的 《“十三五”国家戓略性新型产业发展规划的通知 》指出，到2020年，新能源汽车实现当年产销200万辆以上，累计产销超过500万辆，对应2017-2020年新能源汽车产量每年平均40%的增速。依托国家积极推进新能源汽车战略，国内有存量巨大市场，国产IGBT一定可以复制英飞凌和三菱的道路做大做强。 ▲2011-2019年中国新能源汽车产销 ▲ 2016-2019年比亚迪新能源汽车销量 全球销量：根据美国WardsAuto.com统计，2017年全球汽车销量超过9000万辆，随着新能源汽车替代率逐步上升，将持续拉动 IGBT模块市场的需求。 美国政府投资了240万美元用于发展美国电动汽车行业，政府的鼓励性政策推动了美国的新能源汽车产业的快速发展，帮助美国经济复苏。 根据Statista数据统计，美国电动汽车销量逐年增长，其中插电式混合动力汽车销量在 2018年达到了12.2万辆，纯电动汽车销量为 23.6万辆。 2019年，欧洲电动汽车市场达到了 56.4万辆，主要是由于电动汽车在挪威非帯流行，预计欧洲电动汽车的销量还会持续增长。 ▲2015 - 2018年美国电动汽车销量 ▲ 2017 - 2019年欧洲电动汽车销量 特斯拉占据美国本土电动汽车市场的主导地位， 2019年，美国的纯电动汽车 (BEV)销量约为24.5万辆，其中特斯拉车型占了近80%。 自从2017年第三季度Model 3发布，特斯拉在全球交付的汽车数量激增， Model 3是世界上有史以来最畅销的插电式电动汽车。在 2020年特斯拉将其新车型Model Y加入了产品线。特斯拉在2020年第二季度交付了8万辆Model 3和Model Y。 特斯拉全球汽车销量从2018年的 24.5万辆增长到2019年的 36.7万辆，增长了约50%。2019财年，特斯拉汽车销售收入近200亿美元。 ▲2019年美国不同品牌的纯电动汽车 (BEV)销售份额 ▲ 特斯拉全球汽车销量 新能源汽车动力系统 =电池+电驱（电机+电控）。电控接收整车控制器的指令，进而控制驱动电机的转速和转矩，以控制整车的运动， 相当于传统汽车发动机 。功率器件价值占电控系统的 20%-30%。 目前，平均每辆中档汽车的半导体价值量约为 350美元，其中17%的占比是离散式功率器件，2/3的成本源于 MCUs和Analog。 ▲各种类型汽车所含半导体的价值量 ▲ 平均每辆中档汽车半导体成本的成分占比 方便的充电基础设施是电动汽车普及的基础，并且需要在各种天气条件下大功率的充电。充电的时间越短，用户的充电体验越好。 在充电的电路中，将交流电转换为直流电来给电池充电，先升压再降压，各自需要一个IGBT。开关元件占充电桩成本的 20%。 ▲充电金字塔 ▲ 充电电路图 随着电动汽车市场的发展，电动汽车充电桩的数量也不断上升。 根据IEA数据整理，全球公用的电动汽车充电桩数量已从 2007年的 707台上升到2017年的75万台，年复合增长率高达100%。其中慢速充电桩和快速充电桩各占一半左右。 根据前瞻研究院数据，我国电动汽车充电桩数量由 2012年的 1.8万台增长到2018年的 29.9万台，年复合增长率高达59.73%。 ▲全球公用的电动车充电桩数量 ▲ 我国电动车充电桩数量 低压：工业（新基建） 。2018年年底的中央经济工作会议提出 新基建的概念 ，是指本质上为信息数字化的新型基础设施建设 ，加快推动新基建 、加大基础设施投资力度成为中国近几年主要的发展方向之一。 我国出台了一系列鼓励性政策，要建立高端智能化的、完善的基础设施体系 ，推动技术研发和产业化 ，优化市场发展环境，扩大市场规模，构建我国社会经济发展相融合的现代化新型基础设施体系。 2020年作为“十三五 ”规划收官之年，我国实现了在5G建设、人工智能、工业互联网以及新能源汽车充电桩等领域的快速发展 。 2020年6月我国建成5G基站超过25万个；2019年我国人工智能产业迅速扩张，市场规模达到554亿元；截至 2020年5月底，我国新能源充电基础设施累计数量达到 129.9万台，同比增长33.1%。 ▲ 新型基础设施建设主要领域 中压（1200V）：工业（逆变焊机） 。逆变焊机：这种电源一般是将三相工频（50赫兹）交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波，变成直流，再通过大功率开关电子元件（IGBT）的交替开关作用 ，逆变成几千赫兹至几万赫兹的中频交流电压 ，同时经变压器降至适合于焊接的几十伏电压 ，后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流 。 根据国家统计局数据，2018年我国电焊机产量为853.3万台，同比2017年增加了58.46万台。电焊机市场的持续升温亦将保证 IGBT需求量逐步增大。 考虑到逆变电焊机工作环境较为恶劣，使用负荷较重，在采购核心部件 IGBT模块时会优先考虑模块的耐久性 ，因此芯片参数和模块制造工艺的可靠性是生产 IGBT模块的核心 。 ▲2011-2018年我国电焊机产量 中压（1200V）：工业（变频器） 。我国高压变频器市场一直保持着较高的增长率。2016年，市场规模突破100亿元，同比增长15%；据测算，2017年，我国高压变频器市场规模超117亿元，增速在10%以上。未来几年，具有高效节能功能的高压变频器市场将受政策驱动持续增长，同时国家大力发展基础建设，预计2023年将达到175亿元左右。 变频器：不仅起到传统的三极管的作用，亦包含了整流部分的作用。控制器产生的正弦波信号通过光藕隔离后进入 IGBT，IGBT再根据信号的变化将 380V（220V）整流后的直流电再次转化为交流电输出。 根据前瞻产业研究院整理， 2016年我国变频器行业的市场规模为 416.77亿元，平均4年复合增长率为8.74%。2017年我国变频器市场规模约453.2亿元。预计变频器市场规模在未来5年内将会保持 10%以上的增长率 。 ▲2015-2019年中国变频器行业市场规模及预测 ▲ 2016-2023年中国高压变频器市场规模及预测 中压（1200V）：UPS电源。UPS是含有储能装置的不间断电源 ，主要为电力设备提供稳定且不间断的电力供应。 UPS产品广泛应用于工业制造以及信息化建设的领域；高效节能并环保将是未来 UPS的主要发展方向 ，顺应未来的发展潮流。 根据前瞻产业研究院发布的数据显示 ，UPS市场规模逐年增加，工业动力用 UPS市场销售额在2017年已经超过了65亿元，随着信息产业向高端制造业的快速发展 ，UPS市场还会持续增长。 ▲2013-2017年中国工业动力用 UPS市场销售额 ▲ UPS电源原理 中压：新能源发电。2019年，我国不断加强新能源并网和电网工程建设 ，集中建成一批省内和跨省的重点输电工程，新能源消纳能力得到大幅提升。 2019年国家政府部门发布了一系列新能源产业政策 ，包含完善项目规划不管理、加快新能源财政补贴退坡政策的实施 、逐步实现新能源平价上网、保障新能源运行消纳能力 ，促使新能源产业发展阶段从高速发展转变为高质量发展 。 国家对可再生能源变电项目的补贴管理政策进行了调整 ，新措施的实施确保了新能源变电项目的稳定收益 ，促进了新能源产业的可持续发展 。 根据国网能源研究院数据显示 ，中国新能源变电装机规模持续增长 ，2019年装机容量达到4.1亿kW，同比增长16%，占全国总装机容量的五分之一 。 中国新能源变电量在 2019年达到6302亿kW·h，同比增长16%，占同年总变电量的 8.6%。 ▲ 累计装机容量（万kW) ▲ 中国新能源变电量（亿kW·h) 中压（1700V）：新能源变电（光伏）。根据国家能源局数据显示，2017年，我国光伏变电装机容量继续保持快速增长 ，新增装机53.06GW，连续五年位居丐界第一 ，同比增长53.6%。 太阳能产生直流输出电压和电流进入电网 ，为了使用必须进行输出转换为 60Hz的交流功率。光伏技术成功不但取决于光伏板的效率和成本 ，还取决于基于 IGBT构造的逆变器效率、成本和尺寸，一共需要 6个IGBT。 ▲ 全球光伏变电装机容量 风能是继太阳能之后可用于变电的最大可再生能源 。根据中国能源局官网，截至 2019年6月，中国风电装机193GW，占总装机容量的 10.5%，光伏装机136GW，占总装机容量的7.4%。 随着风速的变化 ，变电频率变化很大 ，需要先整流，再用IGBT的逆变器产生恒定的频率和电压交流输出到特定电压频率的电网 。 ▲全球风电装机容量 ▲ 风力变电结构 高压（3300V）：轨道交通（高铁） 。有上亿人居住在大城市，城市之间的长途旅行高铁是最理想的通行方式 。 根据前瞻研究院数据 ，中国高铁总里程数从2014年的 1.6亿公里上升到了2019年的 3.5亿公里，年复合增长率高达16.95%。 高铁分布式牵引系统电源侧使用8个IGBT模块，较小的损耗减少来自底盘牵引设备的谐波噪声。 ▲中国高铁营运总里程 ▲ 分布式牵引系统 IGBT是高铁牵引电转动的命脉 。高铁通过受电弓不接触网接触将高压交流电取回车内 ，通过变频辅助系统和定频辅助系统，经过牵引变流器转换成可调幅调频的三相交流电 ，输入三相异步/同步牵引电机，通过传动系统带动车轮运行 。 高压（6500V）：电网传输。因为越高的电压功率损耗越小 ，电力传输一般使用 100kV 。直流传输：避免了大的充放电电流 ，适用于长距离传输 。同时需要很多子系统组件来支持高压直流网络，比如电压源转换器（VSC），静态补偿器（STATCOM）等。 交流传输：优点是变压器廉价 ，缺点是电缆中存在无功功率。来自变电机的交流电压通过升压器增压到交流传输的电压 ，然后通过降压器输送给最终用户 。
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发表于 2020-12-17 23:33:42
