未来5年将会突破50亿美元，电机控制和驱动器IC市场分析
来源:电子发烧友网发布时间:2022-11-192811浏览
询问 AI电子发烧友网报道（文/程文智）电机的正常工作离不开电机驱动器IC的支持，电机驱动器IC包含了速度控制、力矩控制、位置控制及过载保护等功能，它可以根据输入信号，按照内置的算法控制电机绕组电路流动方向，从而控制电动机的启停与转动方向。
一般来说，电机驱动IC集成了CMOS 控制电路和DMOS 功率器件，它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。电机驱动器IC采用标准的TTL逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。
电机驱动IC的主要玩家有：TI、ST、ADI、英飞凌、安森美、罗姆、Allegro、东芝、Microchip和Qorvo等。这10家公司的份额超过了整个市场的60%以上。除此之外，还有瑞萨、松下、恩智浦，MPS、PI、迈来芯、峰岹科技、富满微、普诚科技、数明半导体、圣邦微、澎湃微、芯朋微、凌鸥创芯、必易微、拓尔微、瑞盟、艾为、思瑞浦、纳芯微、诚芯微、瞻芯、智芯、率能半导体、智浦欣微、芯北科技、巴丁微、晶致、禹创半导体、士兰微、灿瑞科技、芯派科技、晶丰明源等等国内外企业都有相关的产品。
从消费地区层面来看，据QYResearch统计，2020年，亚太占全球电机驱动器IC市场份额达50.75%，其次为北美，占22.59%，欧洲占17.09%，拉美占5.52%，中东和非洲占4.05%。中国市场在过去几年变化较快，2020年市场规模为7.2亿美元，约占全球的25.48%，预计2027年将达到10.1亿美元，届时全球占比将达到26.57%。从产品市场应用情况来看，2020年，消费电子是电机驱动器IC最大的行业市场，占比达到24.23%，工业及汽车领域，办公用品紧随其后，分别占比18.47%和15.02%。电机控制器方面，主要以MCU为主，中国地区的MCU市场中，主要还是以海外厂商的MCU为主，前六大MCU厂商瑞萨电子、Microchip、ST、恩智浦、英飞凌和TI加起来超过了80%的市场份额。另外，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20家之多，还有BYD半导、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、沁恒微、极海科技、华芯微特、凌鸥创芯、领芯微等发展不错的MCU企业。还有，在电机控制领域，这几年有控制IC和驱动器IC开始集成化的趋势，不少厂商开始采用SiP的方式将二者集成在一起。
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，主要还是以海外厂商的MCU为主，前六大MCU厂商瑞萨电子、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厂商中，瑞萨主要以自研MCU内核为主，但这几年也推出了不少Arm内核的产品。其他厂商的MCU产品主要基于ArmCortexM内核。根据各公司官网统计，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20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、沁恒微、极海科技、华芯微特、凌鸥创芯、领芯微等发展不错的MCU企业。去年的MCU市场缺货严重，很多行业都拿不到货，记得去年我们的BLDC大会上，有不少厂商过来找货。不过今年的情况发生了一些改变，据我们得到的信息现在半导体企业的平均库存到了8个月，如果把分销商手上的货跟原厂的货加起来的话，有的企业库存可能到12个月了。不过，但工业和汽车类应用的供应目前还是有些紧张。
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、上海贝岭等在2021年市场表现很好。IGBT和碳化硅MOSFET是目前功率器件发展的重点。通过对各类型功率器件渠道端价格的梳理发现，进入2022年以来，伴随供需紧张关系逐季缓解，硅基MOSFET（低压为主）功率器件价格呈现明显下降趋势。而IGBT模块、SiC器件等产品受新能源市场高需求提振，整体价格表现较为强势。随着国内外产能加速落地以及SiC衬底成本逐步下探，SiC器件有望迎来量价齐升。IGBT方面，除了英飞凌等国际厂商之外，国内企业也发展得还可以，比如斯达用在主电机控制器内的车规级IGBT模块已经开始大批量（出货）配套海外市场。据统计，今年上半年，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厂商的跟进。相信随着BLDC电机市场的兴起，对国内功率器件厂商来说是一个崛起的机会。SiC和GaN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。国内现在有很多做第三代半导体器件的企业。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还不多。GaN方面，2021年的市场规模是1.26亿美元，预计到2027年可达21亿美元。而且，现在已经有GaN的产品在电机驱动上的应用了。安世半导体和上海电驱动合作的一款GaN电机驱动解决方案，该方案主要用在A00级车上。另外，ST和TI等厂商也在开发基于GaNQ器件的电机控制系统解决方案。隔离器方面，主要玩家包括TI、ADI、Skyworks（去年收购Silicon Labs的部分产品线）等国际厂商、以及纳芯微、川土微、数明和荣湃等国内厂商。思瑞浦最近也推出了隔离器产品，主要针对工厂自动化、电力自动化、电机驱动、电源控制等应用场景。
一般来说，电机驱动IC集成了CMOS 控制电路和DMOS 功率器件，它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。可以用来驱动直流电机、步进电机和继电器等感性负载。电机驱动器IC采用标准的TTL逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。全球电机驱动器IC市场规模2028年将突破55亿美元
这几年电机控制与驱动器IC一直在增长，主要是因为市场对高性能和节能电机的需求不断增加，消费、家电、工业，及汽车中采用BLDC电机越来越多。据市场调研机构The Insight Partners统计，2021年全球电机驱动器IC市场规模为38.82亿美元，预计2028年将达到55.89亿美元，年复合增长率为5.3%（2021-2028）。电机驱动IC的主要玩家有：TI、ST、ADI、英飞凌、安森美、罗姆、Allegro、东芝、Microchip和Qorvo等。这10家公司的份额超过了整个市场的60%以上。除此之外，还有瑞萨、松下、恩智浦，MPS、PI、迈来芯、峰岹科技、富满微、普诚科技、数明半导体、圣邦微、澎湃微、芯朋微、凌鸥创芯、必易微、拓尔微、瑞盟、艾为、思瑞浦、纳芯微、诚芯微、瞻芯、智芯、率能半导体、智浦欣微、芯北科技、巴丁微、晶致、禹创半导体、士兰微、灿瑞科技、芯派科技、晶丰明源等等国内外企业都有相关的产品。从消费地区层面来看，据QYResearch统计，2020年，亚太占全球电机驱动器IC市场份额达50.75%，其次为北美，占22.59%，欧洲占17.09%，拉美占5.52%，中东和非洲占4.05%。中国市场在过去几年变化较快，2020年市场规模为7.2亿美元，约占全球的25.48%，预计2027年将达到10.1亿美元，届时全球占比将达到26.57%。从产品市场应用情况来看，2020年，消费电子是电机驱动器IC最大的行业市场，占比达到24.23%，工业及汽车领域，办公用品紧随其后，分别占比18.47%和15.02%。电机控制器方面，主要以MCU为主，中国地区的MCU市场中，主要还是以海外厂商的MCU为主，前六大MCU厂商瑞萨电子、Microchip、ST、恩智浦、英飞凌和TI加起来超过了80%的市场份额。另外，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20家之多，还有BYD半导、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、沁恒微、极海科技、华芯微特、凌鸥创芯、领芯微等发展不错的MCU企业。还有，在电机控制领域，这几年有控制IC和驱动器IC开始集成化的趋势，不少厂商开始采用SiP的方式将二者集成在一起。电机控制器IC之MCU市场情况
控制器内用到的IC芯片主要有SoC、DSP、FPGA、MCU等几种类型，其中以MCU的使用最为广泛。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，主要还是以海外厂商的MCU为主，前六大MCU厂商瑞萨电子、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厂商中，瑞萨主要以自研MCU内核为主，但这几年也推出了不少Arm内核的产品。其他厂商的MCU产品主要基于ArmCortexM内核。根据各公司官网统计，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20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、沁恒微、极海科技、华芯微特、凌鸥创芯、领芯微等发展不错的MCU企业。去年的MCU市场缺货严重，很多行业都拿不到货，记得去年我们的BLDC大会上，有不少厂商过来找货。不过今年的情况发生了一些改变，据我们得到的信息现在半导体企业的平均库存到了8个月，如果把分销商手上的货跟原厂的货加起来的话，有的企业库存可能到12个月了。不过，但工业和汽车类应用的供应目前还是有些紧张。电机驱动器IC之功率器件市场分析
电机控制系统中另一个重要的器件是功率器件，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等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。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、上海贝岭等在2021年市场表现很好。IGBT和碳化硅MOSFET是目前功率器件发展的重点。通过对各类型功率器件渠道端价格的梳理发现，进入2022年以来，伴随供需紧张关系逐季缓解，硅基MOSFET（低压为主）功率器件价格呈现明显下降趋势。而IGBT模块、SiC器件等产品受新能源市场高需求提振，整体价格表现较为强势。随着国内外产能加速落地以及SiC衬底成本逐步下探，SiC器件有望迎来量价齐升。IGBT方面，除了英飞凌等国际厂商之外，国内企业也发展得还可以，比如斯达用在主电机控制器内的车规级IGBT模块已经开始大批量（出货）配套海外市场。据统计，今年上半年，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厂商的跟进。相信随着BLDC电机市场的兴起，对国内功率器件厂商来说是一个崛起的机会。SiC和GaN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。国内现在有很多做第三代半导体器件的企业。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还不多。GaN方面，2021年的市场规模是1.26亿美元，预计到2027年可达21亿美元。而且，现在已经有GaN的产品在电机驱动上的应用了。安世半导体和上海电驱动合作的一款GaN电机驱动解决方案，该方案主要用在A00级车上。另外，ST和TI等厂商也在开发基于GaNQ器件的电机控制系统解决方案。隔离器方面，主要玩家包括TI、ADI、Skyworks（去年收购Silicon Labs的部分产品线）等国际厂商、以及纳芯微、川土微、数明和荣湃等国内厂商。思瑞浦最近也推出了隔离器产品，主要针对工厂自动化、电力自动化、电机驱动、电源控制等应用场景。未来电机控制将向节能和智能化方向发展
随着2021年6月1日，我国正式实施的最新电机能效标准《GB18613-2020电动机能效限定及能效等级》，该标准实施后，三相异步电机能效限定值达不到IE3的电机，就不能再生产、销售和采购了。2021年10月26日，国务院又印发《2030年碳达峰行动方案》，其中重点指出推进重点用能设备节能增效，以电机、风机、泵、压缩机、变压器、换热器、工业锅炉等设备为重点，全面提升能效标准。紧接着2021年11月，工业和信息化部、市场监督管理总局联合印发《电机能效提升计划（2021-2023年）》。《计划》提出，到2023年高效节能电机年产量达到1.7亿千瓦，在役高效节能电机占比达到20%以上，实现年节电量490亿千瓦时，相当于年节约标准煤1500万吨，减排二氧化碳2800万吨。推广应用一批关键核心材料、部件和工艺技术装备，形成一批骨干优势制造企业，促进电机产业高质量发展。采用新型电机设计、新工艺及新材料，降低电磁能、热能、机械能的损耗来提高输出效率，高效节能电机比传统电机效率大约高3-5%。也就是说，未来市场需要更加高效和节能的电机，因此电机控制行业也将随着电机的市场需求发生改变，未来电机控制市场的发展主要有两个方向，即节能和智能化。那么如何实现节能和智能化呢？一般来说，电机的节能控制可以通过两个方面来实现：一是采用更加集成化的器件和SiC、GaN等第三代半导体器件。更集成化的器件包括集成化的功率MOSFET、IGBT、单片电机驱动IC、功率模块等等。比如，IGBT模块，大部分的供应商都在不断优化其结构，提高其开关速度和稳定性等特性，新型的IGBT器件非常适合解决复杂的电机控制问题。目前汽车上的驱动电机驱动器大都采用了IGBT器件，当然也有一些厂商开始尝试SiC器件。这是因为SiC器件在电机控制中的使用，有助于电机的节能和减少尺寸，再加上其高集成度和可靠性等特性，非常适合在汽车和工业自动化控制应用中使用。除了SiC，还有GaN器件，由于其开关性能更好，高频特性突出，已经有厂商推出了基于GaN器件的电机驱动解决方案。不过目前SiC和GaN器件的成本还有点偏高，EMC和EMI问题更突出等限制，目前还没有大规模推广开来。二是算法和软件技术。电机控制需要算法的支持，相同的硬件解决方案，如果算法优化程度不一样，电机的效率也会有很大差别。另外，电机控制的智能化也可以从两个方面来实现：一是扩展感知范围，也就是说在电机控制方案中加入更多的传感器，比如说振动传感器，通过振动来监测电机的运行状态，在电机发生故障之前就能提前感知，并进行维护，或者自动修复。二是采用性能更强的处理器，过去电机控制流行采用DSP，后来经过演变，出现了各种不同的解决方案。在硬件方面，现在常用的MCU，并且在MCU外设方面添加更多功能，例如快速ADC、栅极驱动器、电源模块、及电机控制PWM外设等等；而在软件方面，可以加入更多的AI算法，比如环境感知信息的处理算法、自身参数的识别算法等等。结语
总的来说，未来高效节能电机代替传统电机是大势所趋，市场空间巨大。短期看，2022-2023两年内为了实现高效节能电机20%占比目标，下游企业必然需要对耗能设备进行存量电机升级改造，或新购高效节能电机，也就是说，节能电机存在巨大替换需求。长远来看，国内高效节能电机占比提高到20%后，仍然远低于2015年欧美发达国家40%的占比水平，在全球的碳达峰、碳中和以及中国2060碳中和目标的环境背景下，未来国内高效节能电机的占比仍然具有巨大的增长空间。此外，由于与之前的电机不同，高效电机需要电子工程师的参与，需要既了解电机工作原理，也懂得电子设计，还需要理解算法。因此，它是一个机电一体化产品，需要多个团队来配合。要想做好，企业需要投入更多的研发经费。在电子发烧友网举办的电机控制技术研讨会上，多位嘉宾也谈到，目前电机控制工程师还属于紧缺的状况，很多企业需要自己培养合格的电机控制工程师。也就是说电机控制工程师的未来就业和发展前景也会很好。
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