紫光功率半导体打造新能源产业“心脏”

紫光国微

安全芯片领导者

新能源汽车作为新兴产业，是国家“十三五”时期重点发展的七大战略产业之一。近日，工信部明确表示，将继续大力推进充换电基础设施建设，完善相关技术标准和管理政策，推动新能源汽车的产业高质量发展。

在新能源汽车产业发展背后，功率半导体器件作为“驭电者”，发挥着至关重要的作用，它是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心元器件。如果将机器比作人，那么功率半导体就是机器的“柴米油盐”，任何和电能转换相关的地方都需要功率半导体。而在这其中，MOSFET作为功率器件市场应用最多的产品，是汽车电子的核心，不可或缺。

MOSFET 高频率开关核心部件

MOSFET全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管，在电路中起到的作用近似于开关，具有高频、电压驱动、抗击穿性好等优势。近年来,其应用场景从电源控制、工业、消费电子、汽车电子等扩展至轨道交通、智能电网、变频家电等诸多领域，市场规模稳健增长。据IHS Markit 统计，2022年全球 MOSFET 市场规模将接近 75 亿美元。

全球首款MOSFET自20世纪50年代末问世以来，不断面对着社会电气化程度提高所带来的性能提升需求， MOSFET正在向尺寸更小、性能更好、功耗更低、集成更高的方向发展。当前，MOSFET全球市场份额主要集中在英飞凌、安森美瑞萨、东芝、意法半导体等国际大厂手中。国内较大程度依赖进口，但进口数量和金额已呈逐年下降趋势，未来有望突破高端产品的技术瓶颈。

早在2010年，国家发改委已表示支持MOSFET等新型电力电子芯片和器件的产业化。受益于政策红利以及新能源、新技术的应用，中国电子信息产业统计年鉴显示，中国MOSFET行业市场规模有望由2018年939.8亿只增长至2023年的2858.6亿只，年复合增长率达到24.9%。随着5G商用进程不断提速，智能交通、医疗电子、物联网等新兴应用领域迎来发展机遇期，MOSFET市场份额将呈现爆发式增长。

作为紫光集团旗下核心芯片上市公司紫光国微的子公司，无锡紫光微电子开发和生产的一系列高压超MOSFET、IGBT、IGTO等先进半导体功率器件以及相关解决方案，广泛应用于智能电网、混合动力/电动汽车、消费电子等领域，能够显著减小系统的功率损耗并提高转换效率，以科技赋能新能源汽车衍生产业发展。

MOSFET作为新能源充电桩“心脏”

开启“掘金时代”

在MOSFET广泛的应用分布中，汽车电子及充电桩占比20%-30%，尤其是伴随着汽车行业发展的电气化趋势，汽车功率半导体用量翻倍增长，因为凡是电力设备中都含有功率半导体。而在这其中，作为电动车电机控制器实现功率变化的核心部件，功率MOSFET工作速度快、故障率低、开关损耗小、扩展性好，在汽车电子行业拥有广泛的应用场景和巨大的成长空间。

除此以外，在国家发展新能源汽车的战略中，MOSFET还有另外一个重要的应用领域就是新能源充电桩，充电桩不仅是新能源汽车补充能量基础设施，还将成为汽车数据端口，是未来车联网的重要入口之一，MOSFET正是充电桩的核心功率器件，其用量也随着新能源充电桩分布密度提高而大幅上升。

据中国充电联盟数据显示，截至2020年1月底全国已建成公共充电桩53.1万台，远低于《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020)》规划的1:1要求。未来10年，我国充电桩建设仍然存在6300万的缺口，有望形成1.02万亿元的充电桩基础设施建设市场规模，背后一个庞大的MOSFET市场正在形成。

按充电方式，充电桩可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。基于快速充电优势，直流充电桩正成为市场发展趋势。直流充电桩一般由通信模块、开关电源模块及控制模块等构成。MOSFET正是开关电源模块中最核心的部分，是实现电能高效率转换，确保充电桩稳定不过热的关键器件，被称为新能源汽车充电桩的“心脏”。交流电进入电桩后，MOSFET通过控制芯片来控制电流通断，形成脉冲电流，再通过电感耦合转换为新能源汽车需要的直流电源。

在国内半导体功率器件研发厂商中，无锡紫光微电子早已推出了与充电桩相关的650V/72A(TPW65R044MFD)、700V/72A(TPW70R044MFD)、700V/47A(TPW70R100MFD)等多规格高压超结MOSFET新工艺产品，可显著降低器件的导通电阻和栅电荷，很好地兼容具有PFC、正激、反激等多种拓扑形式的电路结构，对于高效解决新能源汽车行业目前的充电难问题、打破国外厂商高压大功率器件在国内的垄断等都具有重要意义。

普通SJMOS相比于常规高压VDMOS，芯片面积只有一半不到，而无锡紫光微电子最新的SJMOS比普通SJMOS又下降了约30%，可以降低成本，并满足客户应用小型化的需求。同时，无锡紫光微电子的SJMOS因为更优化的器件结构设计和更小的芯片面积，各寄生的电容参数比普通VDMOS低很多，因此可以提供更低的栅电荷和更快的开关速度，提升系统效率。在实际工作中，无锡紫光微电子的多层外延超结MOSFET快速恢复(FRD)系列产品集成了一个高度优化的快恢复二极管，最小化开关损耗并提高系统级可靠性，能够实现更高性能、能效和更低损耗，是用于电动汽车充电桩DC-DC、PFC等电源模块的极佳选择。

紫光功率半导体以全品类谋未来

据悉，同样作为新能源汽车电机驱动部分的核心元器件IGBT，也在无锡紫光微电子的产品研发布局中。IGBT 被称为电力电子行业里的“CPU”，广泛应用于轨道交通、智能电网、汽车电子、新能源汽车等领域。无锡紫光微电子的IGBT产品以实际应用为设计基础，使用先进的NPT（非穿通型）和沟槽型FS（场终止型）IGBT 技术，能够为大功率应用客户提供优质可靠的系统解决方案。

事实上，针对IGBT逆变焊机、太阳能逆变、不间断电源等市场，无锡紫光微电子早已设计开发了高频低损耗系列IGBT，该系列产品采用目前最先进的沟槽栅和场截止技术，结合精准控制的注入优化型缓冲层工艺，具有更低的饱和压降、开关损耗，在高频开关下具有良好的温升特性、平滑的开关特性和非常稳定的可靠性。其用于大型电力电子成套设备的新型半导体开关器件IGTO®，具有大电流无吸收关断能力和低门极驱动功耗，获得了中国冶金自动化研究院的认证，可应用在冶金、电力、交通等行业。

“新基建”风口下的充电桩行业，将催生万亿级别的市场规模，并在与5G、大数据、人工智能等其他新基建基因的交织融合中，逐步搭建起中国社会发展的“智慧骨架”。作为智能电网的重要组成部分，充电桩不仅是能源变现的渠道，也是能源数据流量的导入端口。通过对平台中汽车充电数据监测，可结合历史充电数据，实现充电安全预警；通过开发缴费APP，还可以打通厂商、消费者到服务商的整个产业链，形成车联网产业生态系统。这些都将给功率器件市场带来大有可为的发展前景。

可以预见到的是，伴随着社会电气化程度的加深，以MOSFET为代表的功率半导体正呈现出喷薄欲出的活力与潜能，迎来发展的“高光时刻”。

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