過(guò)去幾年，新能源汽車(chē)大潮正在席卷全球，這給汽車(chē)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新一輪的革命。德勤在一份報(bào)告中也直接指出，隨著汽車(chē)電動(dòng)化和自動(dòng)駕駛技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，汽車(chē)半導(dǎo)體變得越來(lái)越重要。而且，與過(guò)去相比，本輪的汽車(chē)半導(dǎo)體需求具備多方面的不同特征：

首先，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)相比，新能源汽車(chē)使用的芯片越來(lái)越多。數(shù)據(jù)顯示，到2022年，新能源汽車(chē)的平均芯片數(shù)量將達(dá)到1459顆左右，進(jìn)一步超過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)上安裝的芯片數(shù)量。

其次，在電池管理系統(tǒng)和電動(dòng)動(dòng)力總成中使用的電子元件（例如逆變器、動(dòng)力總成域控制器DCU、各種傳感器等）的推動(dòng)下，到2025年，汽車(chē)電子元件BOM（物料清單）價(jià)值將大幅增長(zhǎng)；

第三，由于車(chē)輛中ECU和傳感器的數(shù)量增加，車(chē)輛線束的成本和布線難度急劇增加。有必要重塑汽車(chē)電子電氣硬件架構(gòu)，從傳統(tǒng)的分布式模式轉(zhuǎn)向更加“集中、輕量化、精簡(jiǎn)、可擴(kuò)展”的模式。

在這些變革背后，有一顆模擬芯片正在受到廣泛的關(guān)注，那就是高邊驅(qū)動(dòng)芯片。


高邊驅(qū)動(dòng)芯片，需求大增

過(guò)去幾年的芯片產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一個(gè)過(guò)山車(chē)周期——從疫情開(kāi)始的冰凍，到中期的急速上漲，再到近一年來(lái)的斷崖式下滑。這種大起大落除了給消費(fèi)電子供應(yīng)商帶來(lái)了災(zāi)難式的周期，就連一直被看作能夠穿越周期的工業(yè)和汽車(chē)也都開(kāi)始受到了影響。不過(guò)，這在高邊驅(qū)動(dòng)芯片方面的影響似乎沒(méi)那么大。有從業(yè)者告訴筆者，歐美廠商的高邊驅(qū)動(dòng)芯片依然火熱。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，當(dāng)前平均一輛車(chē)上高邊驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的通道數(shù)大概在80~120個(gè)通道，那就意味著一輛車(chē)?yán)锏母哌咈?qū)動(dòng)產(chǎn)品，大概占整個(gè)汽車(chē)芯片數(shù)量份額的15%左右。那么這究竟是怎樣的一個(gè)產(chǎn)品？那就得先從高邊驅(qū)動(dòng)說(shuō)起。

眾所周知，在傳統(tǒng)的汽車(chē)上有很多燈/邊/閥/泵/電扇/各種風(fēng)機(jī)。有需要的時(shí)候，你需要打開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)。在不用的時(shí)候則需要把它關(guān)掉，達(dá)到節(jié)省能耗的作用。然而，在開(kāi)關(guān)的時(shí)候，你還需要考慮到后面負(fù)載的情況，因?yàn)樗倪^(guò)流、過(guò)壓都需要進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。在過(guò)去，大家都是使用傳統(tǒng)方式來(lái)執(zhí)行此類(lèi)功能，最常見(jiàn)的做法是使用繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)，然后搭配Fuse進(jìn)行保護(hù)。這是在過(guò)去汽車(chē)的配電系統(tǒng)或在負(fù)載的電源開(kāi)關(guān)里常見(jiàn)的組合。

不過(guò)，正如上海類(lèi)比半導(dǎo)體技術(shù)有限公司市場(chǎng)總監(jiān)范天偉先生所說(shuō)，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題。例如只能做簡(jiǎn)單的保護(hù)、可靠性不足、不夠靈活、功耗較高、重量較重以及產(chǎn)生大量的EMC。

“高邊開(kāi)關(guān)能完美解決這些問(wèn)題?！狈短靷フf(shuō)。

據(jù)介紹，汽車(chē)中能用到高邊開(kāi)關(guān)的主要場(chǎng)景涵蓋了燈、閥、加熱器、配電和鎖扣等應(yīng)用。隨著汽車(chē)從傳統(tǒng)汽車(chē)往新能源汽車(chē)演變，應(yīng)用到汽車(chē)的高邊驅(qū)動(dòng)通道也從35提高到75，增加幅度超過(guò)100%。范天偉預(yù)估，如果按照單顆單邊開(kāi)關(guān)售價(jià)1.2元算，高邊開(kāi)關(guān)國(guó)內(nèi)去年市場(chǎng)潛在體量在14~15億元, 可觸達(dá)的市場(chǎng)為6.5億元。。他同時(shí)指出，當(dāng)前的高邊開(kāi)關(guān)滲透率只有46%。而且，隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，通道數(shù)量還在增加，可以預(yù)見(jiàn)的是，高邊開(kāi)關(guān)市場(chǎng)容量未來(lái)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。


駕乘體驗(yàn)推動(dòng)高邊開(kāi)關(guān)需求激增，帶動(dòng)車(chē)身控制設(shè)計(jì)變革

隨著整車(chē)智能化程度的不斷提升，機(jī)械控制電子化的程度不斷提升。同時(shí)，隨著智能駕駛等級(jí)的提升，越來(lái)越多的智能開(kāi)關(guān)類(lèi)芯片大量應(yīng)用于智能汽車(chē)。以特斯拉Model3為例，僅前車(chē)身域控制器就配置了21顆高邊驅(qū)動(dòng)芯片，整車(chē)用量超過(guò)35顆。

類(lèi)比半導(dǎo)體市場(chǎng)總監(jiān)范天偉在接受集微網(wǎng)采訪時(shí)指出，在傳統(tǒng)車(chē)身控制中所使用的繼電器方案，正隨著汽車(chē)線控化、電子化迅速轉(zhuǎn)向集成電路式高邊開(kāi)關(guān)，它是位于電源和負(fù)載之間的開(kāi)關(guān)，可用于車(chē)身控制域中的各種阻性、感性及容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)，在車(chē)內(nèi)外的應(yīng)用非常廣泛，包括車(chē)內(nèi)飾燈、頭尾燈、座椅和方向盤(pán)及后視鏡加熱、電磁閥、門(mén)鎖、電機(jī)等。

范天偉指出，高邊開(kāi)關(guān)市場(chǎng)需求正受到汽車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)的變化而推動(dòng)。

首先是汽車(chē)中各類(lèi)自動(dòng)化功能迅速增加，負(fù)載點(diǎn)的增加推動(dòng)了對(duì)高邊開(kāi)關(guān)的需求增長(zhǎng)。比如汽車(chē)線控化，汽車(chē)天窗、尾門(mén)、座椅、前后大燈等都可以用線控控制，自動(dòng)化程度提升使得電控執(zhí)行單元增加，推動(dòng)了對(duì)高邊開(kāi)關(guān)的需求；汽車(chē)照明場(chǎng)景增加，除了傳統(tǒng)的前后尾燈外，汽車(chē)照明數(shù)量越來(lái)越多，包括車(chē)內(nèi)各種指示燈、氛圍燈、內(nèi)飾燈、儀表盤(pán)背光燈等等，通道數(shù)量增加使得高邊開(kāi)關(guān)需求同步增加；司乘人員對(duì)駕乘舒適度的需求，導(dǎo)致加熱座椅、加熱方向盤(pán)等加熱功能增加，熱管理越來(lái)越復(fù)雜，分門(mén)的控制數(shù)量越來(lái)越多，這些因素均提高了高邊開(kāi)關(guān)的需求。

其次是高邊開(kāi)關(guān)正在逐漸替代傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲、繼電器等方案。后者雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本便宜，但是隨著汽車(chē)功能安全、可靠性要求越來(lái)越高，對(duì)PCB板面積、車(chē)身重量考量也越來(lái)越重視，高邊開(kāi)關(guān)作為芯片，在可集成更多功能、可靠性、開(kāi)關(guān)次數(shù)、壽命以及輕量化等方面表現(xiàn)都遠(yuǎn)比繼電器優(yōu)異，正迅速替換繼電器等傳統(tǒng)方案。

“目前平均每輛傳統(tǒng)燃油車(chē)中對(duì)高邊開(kāi)關(guān)的需求為40~60個(gè)通道，新能源車(chē)中達(dá)到80~120個(gè)，如果按今年國(guó)內(nèi)預(yù)計(jì)汽車(chē)產(chǎn)量2800萬(wàn)輛來(lái)估算，預(yù)計(jì)在2025年國(guó)內(nèi)高邊開(kāi)關(guān)市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)到25~35億元人民幣，隨著新能源汽車(chē)滲透率不斷提升，在其市場(chǎng)占比達(dá)到峰值前，高邊開(kāi)關(guān)市場(chǎng)仍將高速增長(zhǎng)。”他表示。

值得注意的是，隨著高邊開(kāi)關(guān)越來(lái)越多地應(yīng)用于車(chē)身控制，相比傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲、繼電器方案，這一轉(zhuǎn)變對(duì)相應(yīng)的汽車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)也帶來(lái)了變化。

范天偉解釋?zhuān)谝?，無(wú)論是傳統(tǒng)的繼電器，還是如今的高邊開(kāi)關(guān)，都是用于負(fù)載驅(qū)動(dòng)，這就帶來(lái)多重的電路保護(hù)功能需求，比如過(guò)流、過(guò)溫以及過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)等等。以往繼電器是沒(méi)有保護(hù)功能的，因此需要搭配很多外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，比如過(guò)、欠壓，過(guò)流保護(hù)等，這些外圍電路加上繼電器本身，無(wú)形中增加了成本、PCB面積和重量。使用高邊開(kāi)關(guān)將輕松解決這些問(wèn)題，帶來(lái)多重利益，可取代現(xiàn)有系統(tǒng)的多個(gè)組件，譬如繼電器、熔絲、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、電纜和連接器等。這使其可以安裝在車(chē)內(nèi)其他位置，助力實(shí)現(xiàn)新一代輕量化的分布式整車(chē)配電架構(gòu)。

第二，繼電器也不具備診斷功能。隨著汽車(chē)電子化演進(jìn)，對(duì)ISO 26262的功能安全等級(jí)要求越來(lái)越高，包括底盤(pán)域、三單系統(tǒng)等都有功能安全要求，其中一個(gè)關(guān)鍵要求就是具備診斷功能，需要能夠?qū)崟r(shí)讀取當(dāng)前負(fù)載的電壓、電流、溫度等信號(hào)，并傳輸至主MCU中進(jìn)行診斷判斷。當(dāng)汽車(chē)出現(xiàn)故障時(shí)，需要實(shí)時(shí)地反饋是哪個(gè)部分出現(xiàn)了問(wèn)題。繼電器本身是一個(gè)被動(dòng)器件，不帶任何診斷功能，需要額外搭配復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)；相反診斷是高邊開(kāi)關(guān)的主要功能之一，可在很大程度上簡(jiǎn)化PCB設(shè)計(jì)。

第三，高邊開(kāi)關(guān)作為硅半導(dǎo)體，其開(kāi)關(guān)次數(shù)幾乎是沒(méi)有限制的，可靠性顯著高于繼電器。同時(shí)，對(duì)于感性、容性、阻性等不同屬性的負(fù)載，針對(duì)不同特性的負(fù)載需要選擇不同的繼電器，而高邊開(kāi)關(guān)可根據(jù)不同的負(fù)載應(yīng)用靈活設(shè)定開(kāi)關(guān)屬性。此外，繼電器在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電火花等高能量進(jìn)而導(dǎo)致非常高的EMI，這會(huì)使得產(chǎn)品在車(chē)廠認(rèn)證時(shí)很容易出現(xiàn)問(wèn)題，高邊開(kāi)關(guān)則可以很好的解決EMI問(wèn)題。


高邊開(kāi)關(guān)成新藍(lán)海，大電流型號(hào)亟待國(guó)產(chǎn)化

不難發(fā)現(xiàn)，高邊開(kāi)關(guān)雖然是很小的一個(gè)器件，但是在汽車(chē)電路設(shè)計(jì)中扮演著日益重要的角色。然而，目前高邊開(kāi)關(guān)國(guó)產(chǎn)化率仍然很低，市場(chǎng)主要被ST、英飛凌等歐美品牌所主導(dǎo)，尤其是大電流高邊開(kāi)關(guān)更是長(zhǎng)期處于無(wú)國(guó)產(chǎn)替代局面，近幾年雖然成長(zhǎng)起來(lái)一些國(guó)產(chǎn)高邊開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，但大多聚焦在小電流型號(hào)，在多通道、大電流產(chǎn)品方面仍然稀缺。

“因此對(duì)于國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在新能源車(chē)高速發(fā)展的增量市場(chǎng)還是在目前以歐美半導(dǎo)體主導(dǎo)的存量市場(chǎng)，未來(lái)的增長(zhǎng)空間都很大。”范天偉告訴集微網(wǎng)。

在中國(guó)汽車(chē)制造商加速“出?！辈⒃谌蛞I(lǐng)汽車(chē)電動(dòng)化浪潮之際，類(lèi)比半導(dǎo)體積極布局汽車(chē)電子芯片，依托于自身深厚的技術(shù)創(chuàng)新能力和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格把控，目前已量產(chǎn)車(chē)規(guī)級(jí)直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DR702/3Q、車(chē)規(guī)級(jí)模數(shù)轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)品，產(chǎn)品已向眾多主機(jī)廠商和Tier1客戶批量供貨，并實(shí)際應(yīng)用在EPB、電門(mén)模塊、電動(dòng)尾門(mén)、天窗以及電動(dòng)座椅等場(chǎng)景中。

從范天偉的介紹我們得知，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)廠商都已經(jīng)看到了高邊市場(chǎng)，并已經(jīng)投身其中，當(dāng)中有幾家甚至都已經(jīng)開(kāi)始推出他們相應(yīng)的高邊產(chǎn)品了。不過(guò)，他們大部分推出的都是高Rdson的小電流產(chǎn)品，圍繞著80毫歐以上的范圍，推出4通道、2通道甚至是1通道的產(chǎn)品。這些開(kāi)關(guān)通常會(huì)用在一些小燈的開(kāi)關(guān)、小電源的配電里。

“他們的產(chǎn)品相對(duì)還比較零散，是一個(gè)產(chǎn)品、一個(gè)產(chǎn)品的，沒(méi)有形成一個(gè)面?！狈短靷ソ又f(shuō)。“類(lèi)比半導(dǎo)體推出了覆蓋大電流、小電流和多種通道的高邊開(kāi)關(guān)產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)迄今為止高邊驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品覆蓋率比較高的公司。”范天偉強(qiáng)調(diào)。據(jù)他所說(shuō)，雖然類(lèi)比半導(dǎo)體目前的產(chǎn)品沒(méi)有ST和英飛凌多，但基本可以覆蓋他們60%~70%的產(chǎn)品。

范天偉表示，高邊開(kāi)關(guān)其實(shí)并不是非常新的產(chǎn)品，因?yàn)橛w凌早在十年前就涉足了相關(guān)領(lǐng)域。因此，對(duì)于國(guó)產(chǎn)廠商而言，如果想要在這個(gè)市場(chǎng)突圍，就首先必須要了解到這個(gè)產(chǎn)品未來(lái)的發(fā)展方向，才有希望實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。