全球隔离芯片（隔离器件）行业现状及趋势分析

全球隔离芯片（隔离器件）行业现状及趋势分析一、隔离芯片综述隔离芯片指芯片输入和输出之间具备电气隔离特性的芯片，电气隔离的目的包括高低压电路绝缘、隔离噪声、匹配电平等。在高压系统或者多电路连接系统中，出于安规或者电气隔离的要求，需要用到隔离芯片。根据功能不同，隔离芯片可以分为数字隔离芯片、隔离驱动芯片、隔离采样芯片三。类。其中，按照功能不同，数字隔离芯片又可以分为数字隔离器、隔离通讯接口（CAN、LIN、485等），数字隔离器主要用于将输入信号传递到与输入隔离的输出端口，隔离通讯接口则加入了通讯协议的解析功能，可以将通讯链路上的信号转化成MCU/SoC易处理的格式。隔离驱动芯片又可以分为单管、半桥驱动等，主要区别是能够同时驱动的MOSFET/IGBT数量不同，单管为1个，半桥为2个。隔离采样芯片可以分为电压采样、电流采样、隔离放大器、ADC等，电压/电流采样主要面向信号直采，隔离放大器则应用于传感器后端信号处理，ADC用于模数转换。二、隔离芯片技术发展背景从技术路线上来说，隔离器件可以分为光耦和数字隔离芯片两种。其中光耦合组件是最早的隔离器，也称为光耦隔离器或光耦合器。光隔离器是一种器件，有两个二极管，一个是光源或发射器，通常是一个发光二极管（LED），另一个作为光电传感器的光电二极管。LED将电输入信号转换为光，光电二极管检测入射光，并根据入射光产生相应的电能，以此实现电气隔离。在1990年代后期以CMOS为基础的数字隔离器发展出来之前，光耦基本上是唯一的隔离解决方案。但由于光电二/三极管特性限制无法实现高频传输且功耗较大，此外常见的光耦用电介质空气和环氧树脂介电强度有限，隔离性能较差。数字隔离器件是使用半导体工艺技术来创建通过隔离屏障传输数据的变压器或电容器。其中数字隔离主要为磁感隔离芯片（简称“磁耦”）、电容耦合隔离芯片（简称“容耦”）和巨磁阻隔离等类型，巨磁阻隔离的应用相对较少。近年来容耦和磁耦，由于其传输速度更高、绝缘性能更好（一般采用SiO2或Polyimide聚酰亚胺作为电介质）的特点，快速替代光耦器件。从具体性能上来看，相比光耦，容耦在隔离强度、速度、功耗上有较大优势；相比磁耦，容耦在成本和EMI（电磁干扰）上有一定优势，属于性价比较优的选择。对于第三代半导体，由于开关速度较快，对CMTI（表征隔离性能的参数），采用容耦或磁耦方案已成为必须。在汽车、新能源发电、工业等成本相对不敏感、同时对性能有较高要求的领域，容耦芯片已替代掉光耦的大部分份额，光耦芯片主要应用于消费电子等低端场景，磁耦芯片则主要应用在高端场景中。三、隔离芯片产业链从产业链来看，隔离芯片上游为原材料及电子元器件，下游应用领域主要包括：1）新能源汽车OBC、主驱以及充电桩中的通讯、驱动、信号采样；2）光伏发电系统中的通讯、驱动、信号采样；3）服务器电源、基站电源中多机通讯互连、板级通讯、信号采样等；4）工业变频器、伺服驱动中的通讯、驱动、信号采样。四、隔离芯片行业现状分析从全球隔离芯片市场来看，根据MarketsandMarkets数据，2022年全球数字隔离芯片市场规模预计约18亿美元，预计到2027年增长至27亿美元，2022-2027年CAGR为8.45%。从下游应用来看，工业和汽车电子是数字隔离芯片的两个最大应用领域，2020年占比分别达到28.58%和16.84%，预计到2026年达到28.80%和16.79%。从细分市场栅级驱动市场规模来看，根据Yole数据，2021年全球栅极驱动芯片市场规模约16.78亿美金，预期到2027年将达到27.32亿美金，2020-2030年CAGR=8.5%。五、隔离芯片行业竞争格局从市场竞争格局来看，欧美半导体公司在数字隔离芯片领域起步较早，并在长期以来占据了市场的主导地位。根据MarketsandMarkets的统计数据，2020年TI、SiliconLabs、ADI、Broadcom（博通公司）以及Infineon占全球数字隔离类芯片的市场规模为40%-50%，剩余市场主要被NVE公司、ROHM（罗姆半导体）、MAXIM（美信公司）、Vicor公司、ON（安森美半导体）等公司占据。纳芯微是一家聚焦高性能、高可靠性模拟集成电路研发和销售的集成电路设计企业，产品在技术领域覆盖模拟及混合信号芯片，目前已能提供800余款可供销售的产品型号，广泛应用于信息通讯、工业控制、汽车电子和消费电子等领域。从隔离芯片情况来看，根据MarketsandMarkets的数据，2020年全球数字隔离类芯片的出货量为7.01亿颗，2020年公司数字隔离类芯片产品出货量达到3586.71万颗，市场占有率为5.12%。六、隔离芯片行业发展趋势1、隔离芯片在汽车中有两大应用领域对应的正是汽车电子两大发展趋势：电动化和智能化。近年来随着电池成本的降低、电池和动力系统可靠性的提升，新能源汽车销量快速增长。据IEA数据，2021年全球新能源汽车销量达到660万辆，同比增长121.48%。随着未来新能源汽车渗透率不断提升，预期对应的大小三电系统隔离芯片需求将维持快速成长态势。2、在新能源发电和储能系统中，隔离芯片主要用于实现逆变器、变流器、PCS等设备中的隔离、采样、通信等功能，是电力电子变换器不可或缺的芯片组件。此外在储能电站的BMS系统中，隔离芯片亦广泛应用于板间通讯，用以隔绝高压和信号干扰。近年各国相继提出碳达峰、碳中和目标，新能源装机需求快速成长，随着新能源装机需求成长，电网的调频、调峰能力受到挑战，储能需求亦迎来快速成长期。未来随着新能源发电装机量和储能装机量的增长，隔离芯片需求亦将受益。3、在通讯领域-5G基站中，隔离芯片主要应用于一次、二次电源系统的驱动、采样和通讯。根据工信部数据，2021年，中国移动通信基站总数达996万个，全年净增65万个。其中4G基站达590万个，5G基站为142.5万个，全年新建5G基站超过65万个，2022年预计建设5G基站超过60万个。随着宏站逐步建设完成，5G基站建设逐步转向小站阶段，预计未来国内5G基站建设数量趋于平稳。4、在工业变频器、伺服驱动、PLC中也有隔离芯片的应用场景，隔离芯片主要应用于IGBT/MOSFET驱动、通讯接口等场景。在PLC中，隔离芯片还可以作为I/O接口，对外输出信号，并隔离外部噪声干扰。从国内工业运行情况来