(文/程文智)根据Grand View Research的统计,2021年的市场规模是179亿美元,预计2025年的市场规模可达223亿美元。年复合增长率为5.7%。
从市场格局来看,BLDC电机市场中,亚洲市场的占比,占了46.94%,其次是美国,占了21.08%。亚洲其实有不少技术实力都不错的BLDC电机企业,但主要集中在日本,比如尼得科,松下、美蓓亚、三洋电气等。国内的话,目前主要还是处于追赶阶段。但是可以预见的是,未来BLDC电机的增长将主要来自亚洲,而亚洲又将主要在中国。
欧洲的市场份额也不小,约为19%,由于欧洲和美国的起步比较早,他们掌握了很多BLDC电机的核心技术,未来随着全球市场对高端BLDC电机需求的增多,欧美市场的占比也会缓慢增长。但比例肯定没有亚洲地区高。
BLDC电机其实是随着技术发展而出现的新型机电一体化电机,它是电力电子、微电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物。它包含电机和电子两部分,电子部分一般就是我们常说的控制器,这个控制器使用在不同的应用场景有不同的叫法,比如在豆浆机、洗衣机、电冰箱等家用电器;电吹风电动牙刷等个人护理产品,以及电动工具等使用场景中,人们一般称之为智能控制器;
而用在电梯、机器人、机床、纺织机、汽车等应用场景是,大家又称之为变频器、伺服系统,或者直接叫电机控制器等等。
根据沙利文(Frost & Sullivan)统计的数据,2015-2019 年全球智能控制器行业的年复合增长率为5.9%,2019 年全球智能控制器行业市场规模达到了1.5万亿美元,预计2024 年将达到约2万亿美元。
而中国的伺服市场在2020年时达到了164.4亿元,预计2025年可达到297.7亿元。
当然,因为智能控制器和变频器、伺服系统不仅可以驱动BLDC电机,也能驱动普通的交流电机等,因此市场规模看起来就比之前说的BLDC电机的规模要大一些。
其实所有的BLDC电机控制器的上游原材料基本都是一样的,都包括IC芯片、隔离器传感器二极管三极管MOSFET、或者IGBT等功率器件等等。
下游的应用也非常广泛,主要包含家用电器、电动工具、汽车电子、智能家居、医疗健康、工业机器人、机床等等。
其中,上游原材料中,核心的零部件为IC芯片,主要的供应商有ST、TIMicrochip瑞萨、恩智浦、英飞凌兆易创新、小华半导体、灵动、中颖电子、国民技术、峰岹科技等等;
控制器商主要有代傲、英维斯、拓邦股份、和而泰、朗科智能、贝仕达克、汇川技术、雷赛智能、西门子欧姆龙、松下、三菱、安川电机、禾川科技、雷利、卧龙电驱等等;
下游各子领域主要的有,家用电器的美的、海尔、西门子、九阳、苏泊尔等家电商;电动工具领域的博世、百得、TTI等;汽车电子领域的博格华纳、尼得科、德赛西威等Tier1商,以及特斯拉、BBA、蔚小理等汽车主机商。
控制器内用到的IC芯片主要有SoC、DSPFPGAMCU等几种类型,其中以MCU的使用为广泛。去年的MCU市场也非常火热,根据IC Insights的报告,2021年,MCU平均售价(ASP)上涨了10%至0.64美元;出货量增长12%,达309亿颗,市场规模为197亿美元,预计今年将会增长10%左右达到215亿美元。
从类别上来看,预计未来32位MCU的销售额的年复合增长率约为9.4%,16位MCU将会保持在47亿美元规模,4/8位保持在24亿美元左右的市场规模,不再增长。
从市场格局方面来看,中国地区的MCU市场中,主要还是以海外商的MCU为主,前六大MCU商瑞萨电子、Microchip、ST、恩智浦、英飞凌和TI加起来超过了80%的市场份额。
在前6大MCU商中,瑞萨主要以自研MCU内核为主,其他商的MCU产品主要基于ArmCortexM内核。根据各官网统计,总共有4,500款ArmCortex-M系列的产品,占所有统计的32位MCU料号数量的64%。
当然,国内MCU企业这两年发展迅速,目前在国内上市的MCU相关企业有13家之多,包括了兆易创新、士兰微、中颖电子、国民技术、乐鑫科技、芯海科技等,还有BYD半导、中微半导体、恒烁半导体、辉芒微电子等处在上市进程当中,以及灵动、小华半导体、芯旺微、航顺、极海科技等发展不错的MCU企业。
控制器中的另一个大类产品是功率器件,这包括MOSFET、电源IC、IPM,或者IGBT等产品。据芯谋研究统计,2021年全球功率IC市场规模为305亿美元。2022年保持稳定。2023年,全球半导体芯片、特别是DRAM存储器价格的大幅下滑、库存消化、市场竞争将导致全球半导体市场和全球功率IC大幅下滑,之后将恢复增长态势。
但今年的全球功率半导体依旧紧缺。今年3月份ST发布了涨价函,由于原材料和物流成本涨幅无法消化,决定在22年Q2期间对旗下所有产品线月份发布了涨价函,可以看出目前功率半导体的需求仍然很大,供应仍然紧张。
其中,TI、英飞凌、ST、ADI安森美、瑞萨、NXP等国际半导体供应商的市占率较高,国内矽力杰、晶丰明源、士兰微、富满微、圣邦微、南芯、明微电子、贝岭等在2021年市场表现很好。
据Omdia统计,2021年中国功率半导体市场空间是182亿美元,预计到2025 年,有望达到195亿美元,相比 2021 年复合增速可达4.55%。
IGBT和碳化硅MOSFET是目前功率器件发展的重点。另外,根据IHS的数据,2020年中国功率半导体市场规模为153亿美元,同比增长6.3%。目前中国占全球规模的35%左右,是全球的功率半导体市场。
在硅MOSFET方面,2020年,硅MOSFET市场规模约为75亿美元,Yole预计2020至2026年,年复合增长率为3.8%,其中大部分来自消费电子和汽车市场。
IGBT方面,斯达的主电机控制器的车规级IGBT模块已经开始大批量配套海外市场。据统计,斯达已经有50万的装车量,不过主要是A00级车,以及部分A级车;时代电气获得了不少汽车项目定点,随着二期产能达产,车规IGBT有望放量;宏微科技车规IGBT开始量产。总的来说,国产企业机会很大。
在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上,国内主要依赖进口,并基本上被欧美日企业所垄断。目前国内的功率半导体龙头企业市场占有率仍然较低,这需要国内功率器件商的跟进。相信随着BLDC电机市场的兴起,对国内功率器件商来说是一个崛起的机会。
特别是SiC和氮化镓等第三代半导体的应用,自从特斯拉用了ST的SiC模块产品后,引爆了SiC市场。2021年全球SiC市场规模为11.37亿美元,预计未来5年的复合增长率可达28%。目前主要的玩家有ST、英飞凌、Wolfspeed、罗姆、安森美和三菱。国内的新玩家很多,产品主要是以SBD为主,MOSFET比较少。
GaN方面,2020年的市场规模是5300万美元,预计到2025年可达11亿美元。而且,现在已经有GaN的产品在电机驱动上的应用了。去年底的时候,我在进博会上就见到了安世半导体和电驱动合作的一款GaN电机驱动解决方案,该方案主要用在A00级车上。另外,TI也在开发相关的方案。
隔离器方面,主要玩家包括海外商,TI、ADI、SiliconLabs(已经出售给Skyworks)、以及国产商纳芯微、川土微和荣湃等。思瑞浦近也推出了隔离器产品,主要针对工自动化、电力自动化、电机驱动、电源控制等应用场景。
国内上市的控制器相关企业有将近30家,不少都是这两年才上市的。在市值靠前的21家电机控制器相关企业中,汇川技术的市值,有1544亿元。
汇川技术主要聚焦在自动化、数字化和智能化的业务主航道,主要的产品有变频器、电梯一体化、PLC、伺服系统、工业机器人、以及新能源汽车电驱系统和电源系统等。去年营收达179亿元,净利润36亿元。
这里,做控制器的企业有拓邦股份、和而泰、振邦智能、朗科智能、瑞德智能等上市。
做变频器和伺服系统的企业有汇川技术、禾川科技、正弦电气、伟创电气、雷赛智能、信捷电气等;
电子发烧友对这21家控制器上市近三年的毛利率情况做了一个统计,从这个表格中,我们可以明显看到几乎所有的企业2021年的毛利率都比2020年低,而2020年几乎都比2019年的毛利率高。
根据我们了解到的信息:TI战略性调整了,更侧重电源和驱动芯片,去年的涨幅,从5%~70%不等,越低ASP的产品涨幅越大;ST从MOS到MCU产品都有,大概涨了22%;NXP的产品涨幅在15%左右。当然这个是原涨的价格,不是现货市场的涨幅。
但业内人士普遍预计,现在涨价应该接近尾声了,因为有些消费端的需求已经降下来,要是再涨价,可能很多需求会被抑制。
我们看到MOSFET的价格也已经在逐步回落了。2019年开始,美国万代被台湾MOS管替代得非常快。MOSFET在去年Q3-Q4涨过价了,今年价格已经有微小回落。预计,MOSFET今年可能会有降价的窗口出现。
其实,除了IC和MOSFET,变压器和铜价、磁芯有关系(去年磁芯涨50%,整体变压器涨8-15%),不过,今年变压器是下降的趋势。
此外,我们统计了这21家企业的研发投入情况,发现10%研发投入的企业基本都是做工业类和汽车类控制器的,家电和电动工具类企业的研发投入基本在4%左右。
不过可喜的是,从近三年的研发投入看的话,其实大部分企业的研发投入每年都有不同程度的增加。
在市场应用方面,BLDC电机的应用其实非常广泛,大部分能动的东西都需要用到电机,具体来说有,风机、泵、电动车、电动工具、压缩机、农机具,以及汽车应用等。这几年在BLDC电机应用方面也出现了一些新的应用,比如吸尘器品类中的洗地机、电吹风中的高速风筒、自动割草机等,另外,由于能源效率要求的提高,以前一些使用有刷电机的地方也在开始替换成BLDC电机,比如电动工具、空调、洗衣机等应用。未来,在BLDC电机的前景还是相当不错的。
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0532是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,能够为外围设供电。 AMIS-30532包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(=方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。该芯片提供所谓的速度和负载角输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 AMIS-30532采用I2T100技术,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 AMIS-30532非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。通过片上稳压器,它进一步降低了机电一体化步进应用的BOM。 特性 用于两相步进电机的双H桥 使用5位电流DAC,可编程峰值电流高达1.6 A连续(3.0 A短时间) 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 从全步到32步的七步模式 完全集成的电流检测 PWM电流控制,自动选择快速和慢速衰减 具有可选电压斜率的低EMC PWM 有源反激二极...
0522是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,能够为外围设供电。 AMIS-30522包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。芯片提供速度和负载角度输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法实现可靠的电流控制。 AMIS-30522采用I2T100技术,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 AMIS-30522非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。通过片上稳压器,它进一步降低了机电一体化步进应用的BOM。 特性 优势 集成5V稳压器 供应外部微控制器 集成复位功能 重置外部微控制器 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 七步模式,从全步到32微-steps 完全集成的电流检测 自动PWM控制c选择快速和慢速衰减 低具有可选电压斜率的EMC PWM 主动飞行-back二极...
17是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。 NCV70517包含一个电流转换表,根据“NXT”输入引脚上的时钟信号和“DIR”(=方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。如果检测到电气错误,欠压或升高的结温,芯片会提供错误消息。它采用专有的PWM算法实现可靠的电流控制.NCV70517完全兼容汽车电压要求,非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。由于该技术,设特别适用于电池供电波动的应用。 特性 用于两相步进电机的双H桥 可编程峰值电流高达800 mA 低温升压电流高达1100 mA 片上电流转换器 SPI接口 5步骤模式,从全步骤到16个微步骤 完全集成的电流检测和电流-regu lation 反电动势测量 片上失速检测 自动选择PWM电流控制Fast和SlowDecay 固定PWM频率 有源反激二极管 全输出保护和诊断 热警告和关机 兼容3.3 V微控制器,5 V容差输入,5个VTolerant漏极开路输出 重置功能 过流保护 这些器件无铅,无卤素/ BFR,符...
AMIS-30624 带有I2C总线和失速检测的微步进电机驱动器和控制器
0624是一款单芯片微步进电机驱动器,带有位置控制器和控制/诊断接口。它已准好构建智能外围设系统,其中多可将32个驱动程序连接到一个I 2 C主站。这大大降低了系统复杂性。设通过总线接收定位指令,然后驱动定子线圈,使两相步进电机移动到所需位置。片上位置控制器可配置(OTP或RAM),用于不同的电机类型,定位范围和速度,加速度和减速度参数。微步进允许静音电机操作和增加定位分辨率。先进的运动鉴定模式可根据所选运动参数验证整个机械系统。 AMIS-30624可以轻松连接到I 2 C总线 C主站可以从每个主机获取特定的状态信息,如实际位置,错误标志等。单个从动节点。集成的无传感器失速检测功能可在电机失速时停止。这样可以在参考运行期间实现静音但的位置校准,并在接近机械终点时实现半闭环操作。该器件采用I2T100技术实现,同时支持高压模拟电路和数字功能芯片。 AMIS-30624完全兼容汽车电压要求。 特性 无传感器失速检测 峰值电流高达800mA 固定频率PWM电流 - 控制 位置控制器 可配置的速度和加速度 用于inter的双向2线总线-IC control 现场可编程节点...
0是一款汽车八通道低侧驱动器,每通道可提供高达600 mA的驱动能力。输出控制通过SPI端口提供,可方便地报告开路负载(或对地短路),过载和过温条件下的故障。此外,可通过INx引脚寻址输出的并行控制。专用的跛行回家模式引脚(LHI)使能OUT1至OUT4。每个输出驱动器都受到过载电流保护,并包含一个用于感性负载的输出钳位。 NCV7750采用SSOP24熔断引线封装。 特性 优势 没有开路检测的电源 允许在没有LED负载照明的情况下上电。 低静态电流 符合严格的汽车模块静态电流要求。 16位SPI控制 能够报告错误并且能够菊花链连接。 Limp Home功能 汽车系统功能允许车辆使用有缺陷的微处理器维持运行。 3.3V和5V兼容的数字输入电源范围 适用于3.3V和5V微处理器接口。 开路负载,过载和故障报告温度过高 微压器并报告异常活动以进行故障排除和系统完整性。 加电复位 保持系统通电和断电顺畅。 一侧所有输出的统一输出结构包。 简化印刷电路板布局。 AEC-Q100合格 汽车要求维护现场和变更控制。 4频道 600 ...
CT是用于音圈电机的恒流驱动器IC,支持集成数字/模拟转换器(DAC)的I 2 C控制。它采用超小型WLP封装,包括用于恒流控制的电流检测电阻,使IC成为用于配相机的移动电话的相机模块小型化的理想选择。输出晶体管具有1Ω的低导通电阻,内置电流检测电阻的电阻为1Ω,可限度地降低电压损耗,并有助于承受VCC中的压降。该功能结合在一起,通过以阶梯模式改变电流,同时在输出电流的上升和下降时间,提供电流斜率,提高音圈电机的收敛稳定性(电流斜率函数)。 div
特性 优势 支持 2 C总线控制。 易于控制 宽工作电压范围(2.2至5.0V)。 宽电源应用 内置电流检测电阻。 电流限制保护 使用6针WLP封装(1.27 0.87 0.25mm)。 小的安装空间 内置卷电压降保护电路(VCC = 2V输出关闭)。 电压降保护 内置热保护电路。 热保护 10位DAC启用恒流控制 提高AF-VCM的收敛稳定性 减少外部成分 简单设计 待机电流:0A 耗电量低 音圈电机的恒流驱动器。 2Ω的低输出模块总电阻有助于承受VCC中的电压降。...
21是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。 NCV70521包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。该芯片提供所谓的速度和负载角输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法实现可靠的电流控制。 NCV70521采用I2T100技术实现,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 NCV70521非常适用于汽车环境中的通用步进电机应用。 特性 使用5位电流DAC可编程峰值电流高达1.5 A On-芯片电流转换器 SPI接口 速度和负载角输出 完整的7步模式-step多32个微步 完全集成的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 具有可选电压斜率的低EMC PWM 有源反激二极管 完整输出保护和诊断 热警告和关闭 与5V和3.3V微控制器兼容 终端产品 汽车前照灯位置 襟翼/阀门控制发动机管理 折叠显示器 HVAC和LPG膨胀阀 电路图、引脚图和...
0512是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过I / O引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,能够为外围设供电。 AMIS-30512包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号和DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。该芯片提供所谓的速度和负载角输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它采用专有的PWM算法实现可靠的电流控制。 AMIS-30512采用I2T100技术,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 AMIS-30512非常适用于汽车,工业,医疗和海洋环境中的通用步进电机应用。 特性 用于两相步进电机的双H桥 可编程峰值电流上升使用5位电流DAC达到800 mA 片上电流转换器 SPI接口 速度和负载角度输出 从全步到32步的七步模式 完全集成的电流检测 自动选择快速和慢速衰减的PWM电流控制 低EMC PWM可选择的电压斜率 有源反激二极管 完整输出保护和诊断 热警告和关机 兼容3.3 V微控制器,5.0 V...
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