军用模块电源：用电功率提升驱动需求高增长，头部企业扩产集中度有望提升

模块化优势显著，高可靠满足军用需求。模块电源是指可直接焊装在印刷电路板（PCB）上的电源变换器。模块电源将电源上的元器件进行模块化封装，采用高密度的电路和结构设计，形成体积更小、功率密度更高的电源产品，并可根据具体需要便捷地搭建电源系统，具有设计周期短、可靠性高、应用灵活等优势，在航天航空、国防军工、网络通信等领域应用广泛。根据中国电源学会数据，2020年我国模块电源行业市场规模达103.38亿元，同比增长20.35%。 模块电源可分为厚膜工艺模块电源和微电路模块电源，各具优势。厚膜工艺模块电源通常以陶瓷基板作为电源电路载体，可靠性更高，主要应用于对温度、抗辐照等性能要求极高的航天等领域；微电路模块电源以PCB基板为电路载体，在保证军用产品可靠性的同时，功率密度、效率等电性能往往更优，在其他军工领域应用广泛。 模块电源广泛用于装备二次电源，国内军用装备数量补齐、新型装备列装及装备电气化水平提升加速需求增长。现阶段，我国航空航天领域采用的电源系统多为分布式结构，通过一次电源将宽输入的电压转化为较为稳定的直流电压，经二次电源调节后给负载供电。模块电源一般拥有标准化的封装尺寸和电气接口、单体功率密度高、设计周期短、便于进行各种组合应用，广泛用作航空、航天、雷达等装备电源系统的二次电源。在国内军用装备数量补齐、新型装备列装、新型装备中价值量提升等多重因素驱动下，军用模块电源需求有望高增长。随着国家对装备“自主可控”要求的提升，全国产化产品需求强烈。 国内厂商供应能力持续提升，产业链中上游逢发展机遇。由于国内电源行业起步较晚，技术及工艺相对落后，且航空、航天及军工领域对于电源产品的性能及可靠性要求更高，以往市场主要被国际品牌主导，近几年国内厂商发展迅速。特别是随着“自主可控”要求提升，全国产化产品量产驱动的国产控制芯片及全国产化模块电源市场快速增长。新雷能IC研发中心研制了多系列电源管理集成电路，为公司电源类产品奠定了坚实的国产化基础；航天长峰加速自主研发，已完成上百种国产化模块电源替代研制；振华科技完成了PWM控制器芯片的研发；锴威特2018年完成了高可靠领域PWM控制IC的研发并量产，2021年其功率IC客户上量明显。 头部企业纷纷扩产，市场集中度有望提升。当前模块电源市场较为分散，新雷能披露其市场占有率不足10%。军用模块电源市场正逐步向大规模、高质量、综合能力强的方向集中，在需求旺盛、前景广阔的预期下，新雷能、振华微等行业头部企业纷纷扩产。随着头部厂商产能提升，市场集中度有望提升。 原材料为厂商主要成本，高毛利率、高研发投入特征明显。军用模块电源可靠性要求高，产品单价更高。新雷能特种领域产品均价在2000元/台左右，军陶科技模块电源产品均价在1400元/台左右，而新雷能通信、铁路等民用产品均价在200元/台左右。军用电源产品拥有高毛利率，同时也有较高的研发投入。2021年，新雷能和军陶科技毛利率分别为47.28%和78.17%；研发费用率分别为13.57%和15.47%。净利率方面，振华微、军陶科技和升华电源2021年净利率均在30%以上，航天朝阳电源净利率约为29%，新雷能、宏微电子和西安霍威净利率在20%左右。 模块电源具有更高的功率密度和更高的可靠性，军用优势显著。 在国内军用装备数量补齐、新型装备列装、新型装备中价值量提升等多重因素驱动下，军用模块电源需求有望高增长。此外，军用模块电源市场逐步向大规模、高质量、综合能力强的方向集中，随着头部厂商产能提升，市场集中度有望提升。建议关注新雷能、振华科技、军陶科技、锴威特、航天长峰、甘化科工等。 风险提示 模块电源市场竞争加剧，军品模块电源降价超出市场预期，部分原材料供给受限或价格大幅上涨等。 1模块电源：模块化优势显著，高可靠满足军用需求 1.1电源及其分类：开关电源是主要电源类型，应用广泛 电源是指将其他形式的能量转换为电能并向负载提供功率的装置。广义上的电源也包括“电源转换器”，即将一种规格的电能（电压、电流）转换为另一种规格电能的装置，是电力电子设备实现正常运行及电压调节的基础。根据《中国电源行业年鉴2022》，我国在全球电源市场发展占比稳步提升，成长起来一批在细分领域具有一定规模和核心竞争力的企业，同时随着国内新型电力系统、新能源、数据中心、5G等产业的发展，国内电源产业有望较快增长。 图表1：中国电源产业产值预测 根据中国电源学会的分类，电源按照功能可分为开关电源、UPS电源、线性电源、逆变器、变频器、其他电源等；按照转换形式可以分为交流转直流（AC-DC）、直流转直流（DC-DC）、直流转交流（DC-AC）、交流转交流（AC-AC）等。 图表2：电源分类 开关电源的应用领域十分广泛，包括工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、通信设备、电力设备、医疗设备等。目前，除了对直流输出电压的纹波要求极高的场合外，开关电源已经全面取代了线性稳压电源。2020年，我国电源行业中开关电源产品占比达55%。 1.2军用模块电源：可靠性要求更高，微电路和厚膜工艺各具优势 1.2.1模块电源发展迅速，优势显著 模块电源，又称电源模块，是指可直接焊装在印刷电路板（PCB）上的电源变换器，目前市场上多数模块电源在功能上属于开关电源的范畴，以DC/DC模块电源为主。 模块电源的发展得益于上世纪中期电力电子技术的出现。1955年，美国科学家Roger采用晶体管研制了一台自激振荡推挽型直流变换器，同时提出脉冲宽度调制（pulse width modulation，PWM）技术，为传统线性电源向开关电源转变创造了契机；1958年NASA成立，随后提出采用开关电源（switching mode power supply，SMPS）为火箭供电的方案，大大减小了火箭体积和重量。上世纪60年代起，新的开关器件出现，开关频率可以达到几十kHZ，IGBT出现后，开关电源的输出功率范围也越来越宽；十几年后，我国的开关电源研究起步，电源产品开始逐步推广；80年代，采用硬开关PWM定频控制的高功率密度DC/DC模块电源进入了市场，模块电源的工作频率也逐渐提高到几百kHZ以上；进入21世纪，新的拓扑和控制方法层出不穷，器件工艺和封装灌胶水平也不断进步，模块电源的发展更加迅速。 模块电源将电源上的元器件进行模块化封装，采用高密度的电路和结构设计，形成体积更小、功率密度更高的电源产品，并可根据具体需要便捷地搭建电源系统，具有设计周期短、可靠性高、应用灵活等优势。 图表3：模块电源优势 模块电源具有明显的体积优势和高可靠性，在航天航空、国防军工和网络通信等领域应用广泛，市场规模持续增长。根据中国电源学会数据，2020年我国模块电源行业市场规模达103.38亿元，同比增长20.35%。 图表4：Vicor模块电源与分立式电源替代方案对比 图表5：中国模块电源市场规模 1.2.2模块电源向低成本、小型化、高效率、数字化等方向发展 目前，伴随着宽禁带器件，尤其是碳化硅和氮化镓器件的不断探索，直流变换器的开关频率可以达到兆赫兹级别其功率密度也随之得到了极大的提升。模块电源呈现高功率密度、小型化的发展趋势，同时，其成本也得到不断降低。 图表6：功率变换器主要性能的发展趋势 模块电源效率要求随着功率密度的提升而提升。在模块电源效率方面，由于散热能力的局限，随着功率密度的提升，模块电源效率也要随之提升。PSMA给出了1/4砖模块电源的发展规划，在功率提升下，采用GaN器件进一步提升效率。 图表7：PSMA对1/4砖模块电源的规划 模块电源向数字化方向发展。与模拟控制相比，采用数字化控制可以简化电路，控制策略与保护逻辑均可以通过数字化编程实现，使用较少的外围电路便可实现功能，控制更加精确灵活，从而缩小模块电源的体积，既可以降低器件成本，又可以提高功率密度，且一旦控制参数和控制策略发生改变，只需要修改程序即可，可提高研发效率。 此外，标准砖块电源为设计者和使用方均提供了便利。模块电源基本都是用户定制的，标准化的模块电源即砖块电源，主要有全砖、半砖、1/4砖、1/8砖等。模块电源的标准化既涉及到输入电压等级、输出电压、输出功率等电气参数，又应规范尺寸体积、引脚定义等机械参数，为模块电源的设计者和使用方均提供了便利。 图表8：砖块电源类型 1.2.3军用模块电源可靠性要求更高 与民用领域相比，国防军工领域对电源的可靠性要求较高，往往需要保证电源在极端温度条件、强冲击振动等各种复杂环境下供电的稳定性。以军陶科技军用产品与市场同类民品相比，军用产品在温度适用范围、温度冲击性能、抗冲击及振动等可靠性方面均有更高的要求。 图表9：军陶科技的军用电源与市场同类民品的可靠性对比 1.2.4微电路工艺和厚膜工艺各具优势 模块电源行业按照组装工艺又可分为厚膜工艺模块电源和微电路模块电源。 其中，厚膜工艺模块电源通常以陶瓷基板作为电源电路载体，主要应用于对温度、抗辐照等性能要求极高的航天等领域；微电路模块电源以PCB基板为电路载体，故亦称为PCB模块电源，其在保证军用产品可靠性的同时，功率密度、效率等电性能往往更优，在其他军工领域应用广泛。 图表10：模块电源分类及国内厂商 2需求：模块电源广泛用于装备二次电源，充分受益于装备列装及电气化水平提升 2.1模块电源广泛用于装备二次电源 现阶段，我国航空航天领域采用的电源系统多为分布式结构，相比传统的集中式和模块式结构具有可靠性高、容错性好、易于模块化和标准化、便于维护和扩容、满足复杂终端负载需求等优点。分布式结构的电源系统主要由发电系统、一次电源和二次电源组成，其中发电系统将初始能源转化为电能，一次电源将宽输入的电压转化为较为稳定的直流电压，经二次电源调节后给负载供电。 图表11：分布式结构电源系统 开关电源是电路中的核心装置，模块电源优势显著。开关电源主要用于实现不同电能规格间的转换，当供电环境不能满足某种电子设备对于电压及电流的要求时，开关电源可以将输入电能转化为该电子设备所需的规格。模块电源一般拥有标准化的封装尺寸和电气接口、单体功率密度高、设计周期短、便于进行各种组合应用等特点，能够适应不同应用场合和电压等级，广泛用作航空、航天、雷达等装备电源系统的二次电源。 图表12：装备电源系统 （1）航空领域 现代化航空电源系统逐渐向宽变频交流电源（VSVF）和高压直流电源（HVDC）方向发展。以空客A380和波音787为代表的大型民用客机采用的是变频交流电源系统，而 F- 22和 F- 35战斗机则采用的是高压直流电源系统。 变频交流电源系统具有结构简单、成本低、体积小重量轻的优点，并且继承了恒频交流电源系统的特性，其成熟度高于高压直流电源系统，但也有宽频率变化范围给负载带来不利影响、复杂的配电系统不利于系统综合设计等缺点。 高压直流电源系统额定母线电压270V，由115V/400Hz恒频三相交流电源整流后获得，飞机上大多数用电设备无法在270V母线电压直接工作，因此需要将270V母线电压通过二次电源转换为负载所需要的电压。二次电源可分为三类，1）DC/DC，将270V母线电压转换为28V直流电；2）DC/DC，将28V直流转变为3.3V、5V、12V等低压直流电，可以为飞机上的通讯、控制和保护设备供电；3）DC/AC，将270V直流母线电压转换为115V/400Hz的恒频交流电压。 图表13：高压直流电源系统二次电源结构 （2）航天领域 导弹多采用分布式供电方式，导弹电源系统通常由一次电源、二次电源以及电源控制电路等构成。一次电源通常选用热电池，也可选用涡轮发电机；二次电源一般包括直流-直流、直流-交流、交流-直流变换器；电源控制电路通常由点火电路、电源输出状态检测电路、弹架电源转换电路等组成。 图表14：导弹电源系统组成 导弹系统上广泛应用的二次电源主要是直流-直流变换器，可以分为DC/DC开关电源和线性电源两类。DC/DC开关电源效率高，但噪声大；线性电源噪声小、干扰小，但