IGBT的三大赛道，哪条是王中王？

IGBT车规级IGBT

发布时间：2021-10-25

IGBT 热点解读

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上篇《IGBT频频被机构看好，这一双料概念出手“霸盘”！》简单讲了IGBT整体的概念，行业全局，及当前发展情况。今天报告酱将从其他角度分享——下游应用都有什么领域？行业空间分别有多大？最强赛道是哪条？

IGBT有哪些分类？

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT和MOSFET组成的复合功率半导体器件。作为一种新型电力电子器件，IGBT是国际上公认的电力电子技术第三次革命具代表性的产品，是工业控制及自动化领域的核心元器件。

随着新能源汽车的发展以及变频白色家电的普及，IGBT的应用优势逐步凸显，它不仅在工业应用中提高了设备的自动化水平、控制精度等，也大幅提高了电能的应用效率，同时减小了产品体积和重量，节约了材料，未来的应用空间十分广阔。

IGBT在应用层面通常根据电压等级划分：

低压IGBT：指电压等级在1000V以内的IGBT器件，例如常见的650V应用于新能源汽车、家电、工业变频等领域。

中压IGBT：指电压等级在1000-1700V区间的IGBT器件，例如1200V应用于光伏、电磁炉、家电、电焊机、工业变频器和新能源汽车领域，1700V应用于光伏和风电领域。

高压IGBT：指电压等级3300V及以上的IGBT器件，比如3300V和6500V应用于高铁、动车、智能电网，以及工业电机等领域。

在产品层面通常根据封装方式分类：

IGBT单管：封装规模较小，一般指封装单颗IGBT芯片，电流通常在50A以下，适用于消费、工业家电领域。

IGBT模块：是IGBT最常见的形式，将多个IGBT芯片集成封装在一起，功率更大、散热能力更强，适用于高压大功率平台，如新能源车、主流光伏、高铁等。

功率集成（IPM）：指把IGBT模块加上散热器、电容等外围组件，组成一个功能较为完整和复杂的智能功率模块。

上篇文章我们也提到过，IGBT主要应用在工业控制、新能源发电和家电领域。但他在这三大领域中，每一个又有细分。

工控领域

IGBT模块是变频器、逆变焊机、UPS电源等传统工业控制及电源行业的核心元器件。根据集邦咨询数据，2019年全球工控市场IGBT市场规模约为140亿元，中国工控市场IGBT市场规模约为30亿元。由于工控市场下游需求分散，工控IGBT市场需求较为稳定，假设未来每年保持3%的规模增速，预计到2025年全球工控IGBT市场规模将达到167亿元。

变频器行业

变频器靠内部IGBT 的开关来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，变频器产业的快速发展势必导致IGBT 需求提升。

据前瞻产业研究院测算，我国变频器行业的市场规模整体呈上升态势，从2012年至2019年，中国变频器行业规模除2015年有小幅度下降以外，其余年份均处于稳步增长状态。预计未来几年整体增幅将保持在10%左右，到2025年，变频器市场规模将达到883亿。

弧焊逆变器

逆变式弧焊电源，又称弧焊逆变器，是一种新型的焊接电源。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IGBT模块的交替开关作用，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，2020 年我国电焊机产量为1108.93 万台，同比2019 年增加了158.87 万台。

UPS电源系统

IGBT被广泛应用于不间断电源系统(UPS)的设计中，数据显示，1200V/100A IGBT的导通电阻为同规格耐压功率MOSFET的1/10，开关时间为同规格GTR的1/10。据QYR电子研究中心统计，2018年全球不间断电源（UPS）市场价值为105.37亿美元，预计到2025年底将达到139.66亿美元。

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新能源发电

目前新能源发电以光伏和风力发电为主，以光伏发电为例，在太阳光照射下太阳能电池阵列产生电能输出直流电，但输出的电能不符合电网要求，需通过逆变器将其整流，再逆变成符合电网要求的交流电后输入并网。

以往光伏发电系统是采用MOSFET构成的逆变器，然而随着电压的升高，MOSFET会因其通态电阻过大而导致增加开关损耗，IGBT因其通态电流大、耐压高、电压驱动等特点，在中、高压容量的系统中更具优势，在实际项目中IGBT已逐渐取代MOSFET作为光伏逆变器和风力发电逆变器的核心器件，新能源发电行业的迅速发展将成为IGBT行业持续增长的全新动力。

其中，资本市场最为看好的是车规级IGBT。

新能源车的快速发展给IGBT带来巨幅增量

新能源车的制动原理是利用电磁效应驱动电机转动，IGBT优异的开关特性可以实现交直流转换、电压转换和频率转换几个核心功能，电动车充电时，通过IGBT将外部电源转变成直流电，并把外部220V电压转换成适当的电压给电池组充电。

电动车制动时，通过IGBT把直流电转变成交流电机使用的交流电，同时精确调整电压和频率，驱动电动车运动。一台车的加速能力、最高时速、能源效率主要看车规级功率器件的性能，硅基IGBT作为主导型功率器件，在新能源车中应用于电动控制系统、车载空调系统、充电桩逆变器三个子系统中，约占整车成本的7%-10%，是除电池以外成本第二高的元件，也是决定整车能源效率的关键器件。

据IDC预计，受政策推动等因素的影响，中国新能源汽车市场将在未来5年迎来强劲增长，2020年至2025年的年均复合增长率（CAGR）将达到36.1%，假设单台车IGBT用量3000元左右来预估，至2025年，国内新能源车IGBT模块市场规模为191亿左右。

另外，对于新能源车用IGBT而言，要求也会更高——一方面由于道路复杂性，车辆行驶中会受到较大的震动和冲击，对IGBT强度要求较高，另一方面由于汽车频繁启停会引起IGBT结温上升，对散热提出了更高的要求。

针对车规级IGBT模块的特殊要求，IGBT技术正朝着小型化、低功耗、耐高温、高安全和智能化的方向发展。

车规级IGBT国产替代正当时

新能源汽车中的功率半导体价值量提升十分显著，根据英飞凌的数据，新能源中汽车功率半导体器件的价值量约为传统燃油车的5倍以上。其中，IGBT约占新能源汽车电控系统成本的44%，是电控系统中最核心的电子器件之一，因此，未来新能源汽车市场的快速增长，有望带动以IGBT为代表的功率半导体器件的价值量显著提升。

目前国内车规级IGBT市场仍旧由国外厂商占据垄断地位，三菱电机生产的IGBT已经成为业内默认的标准，中国的高速机车用IGBT由三菱完全垄断，同时欧洲的阿尔斯通、西门子、庞巴迪也是一半以上采用三菱电机的IGBT，除日系厂家，英飞凌包揽了几乎所有电动车的IGBT，例如特斯拉ModelX使用的132个IGBT管都由英飞凌提供。

由于IGBT行业存在技术门槛较高、人才匮乏、市场开拓难度大、资金投入较大等困难，国内企业在产业化进程中一直进展缓慢。随着全球制造业向中国的转移，中国已逐渐成为全球最大的IGBT市场，IGBT国产化需求已是刻不容缓。

在市场需求的吸引下，一批具备IGBT相关经验的海外华人归国投身IGBT行业，同时国家大量资金流入IGBT行业，我国IGBT产业化水平有了一定提升，部分企业已经实现量产。例如斯达半导，作为国内IGBT行业的领军企业，自主研发的第二代芯片（国际第六代芯片FS-Trench）已实现量产，成功打破国外跨国企业长期以来对IGBT芯片的垄断。