一輛車要用到多少個MOSFET丨大疆無人機拆解：部分器件仍無法替代

芯存社 2022-09-27 14:42

汽車電子架構重構與智能連接革命 一站式破解芯片研發全流程痛點，西門子 EDA Forum 2026等你來

金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。

MOSFET最早出現在大概上世紀60年代，首先出現在模擬電路的應用。功率MOSFET在上世紀80年代開始興起，在如今電力電子功率器件中，無疑成為了最重要的主角器件。

MOSFET具備控制功率小、開關速度快的特點，廣泛應用于低中高壓的電路中，是功率半導體的基礎器件。

硅基MOSFET是汽車功率半導體的基石，單車用量有望增至4倍。在進入新能源汽車時代前，MOSFET已應用于燃油車中涉及電動功能的區域，單車用量約100個。隨汽車電動化開啟，以電制動的方式使得中高壓MOEFET作為DC-DC、OBC等電源重要組成部分應用于汽車動力域以完成電能的轉換與傳輸，單車用量提升至200個以上；此外，隨著汽車智能化發展，ADAS、安全、信息娛樂等功能需MOSFET作為電能轉換的基礎器件支撐數字、模擬等芯片完成功能實現，使得中高端車型單車用量可增至400個以上。

汽車智能化是中低壓MOSFET器件的增量空間，汽車電動化是超結MOSFET等中高壓器件的發力方向。20-26年全球MOSFET市場將從74億美金增至89億美金，汽車應用占比從25%增加至30%。在新能源汽車的拉動下，全球汽車功率器件市場將從48億美元增至108億美元，車用MOSFET將從18.3億美元增至26.7億美元。其中，ADAS與非燃油汽車動力總成應用的增速最快。

8月新能源汽車銷量保持強勁，環比增長超12%。根據中汽協數據，我國8月新能源汽車保持強勁，單月銷量66.6萬輛?。其中，比亞迪銷量17.4萬輛保持領先，造車新勢力方面埃安銷售2.7萬輛，小鵬1.6萬輛，哪吒1.6萬輛，理想0.5萬輛，蔚來1.1萬輛，零跑1.3萬輛，AITO1.0萬輛，極氪0.7萬輛。

8月新能源乘用車市場創歷史新高，B級車銷量走強。據乘聯會統計，8月純電動批發銷量49.0萬輛，其中B級電動車銷量增速最快13.7萬輛，占純電動份額為28%。純電動A00批發銷量12.4萬輛，環比下降5%，占純電動份額為25%；A0級批發銷量9.3萬輛，占純電動份額為19%。比亞迪純電動與插混雙驅動夯實自主品牌新能源領先地位；以奇瑞集團與廣汽集團為代表的傳統車企表現突出。?

7月新能源乘用車電機電控搭載量為47.9萬臺，OBC 裝機量共 43.6萬套。在電控系統方面，三合一電驅動系統搭載量為28.8萬臺，占比達60.1% ，其中中車時代電氣電控搭載量1.74萬套，系統搭載量1.71萬套，成為增速最快的廠商之一。OBC市場整體保持增長態勢，前五位格局基本保持不變。

7月我國新能源上險乘用車功率模塊國產供應商斯達半導、比亞迪半導體、中車時代電氣合計占比超50%。據NE時代統計，22年7月我國新能源上險乘用車功率模塊搭載量約42.4萬套，其中比亞迪半導體搭載約9.9萬套（占23%），斯達半導約7.0萬套（占17%），時代電氣約5.5 萬套（占13%），預計國產化率將隨各家產能釋放環比提升。

智能化與電動化雙輪驅動

汽車MOSFET大有可為

硅基MOSFET：汽車功率半導體的基石?

在傳統燃油汽車中，中低壓MOSFET（金屬-氧化物半導體場效應晶體管， Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）已廣泛應用于車中電動功能的區域，是傳統汽車功率器件的主要部分，單車用量約100個。隨汽車電動化開啟，電能取代燃油成為汽車驅動的能量來源，汽車能量流發生變化。新能源汽車不再使用汽油發動機、油箱或變速器，“三電系統”即電池、電機、電控系統取而代之；相應地，實現能量轉換的核心器件——功率半導體含量大大增加。其中，中高壓MOEFET 開始廣泛應用于汽車的DC-DC、OBC等中壓電動部分以協助完成電能的轉換與傳輸，單車平均用量提升至200個以上；此外，隨著汽車智能化發展，ADAS、安全、信息娛樂等功能均需使用 MOSFET，根據數據顯示，未來中高端車型中 MOSFET 單車用量將有望增至400個。

MOSFET可通過控制電壓實現電路的“導通”或“關斷”，最終對電流與電壓實現調控，是一個快速的“電子開關”。以平面型MOSFET為例，通過控制漏極和源極、柵極與源極之間的電壓，可使得電子在器件中形成“溝道”，實現器件的導通；通過調節電壓的大小可以控制導通電流大小。最終，通過“開”與“關”的切換，配合其他元器件，實現直流電與交流電、電流頻率、電壓高低等狀態的切換。因此，降低器件電流傳輸過程中的損耗（如導通電阻）以提升電能的轉換效率是MOSFET器件技術演進的主要驅動力。

由于下游應用對耐受電壓、開關頻率、導通電阻等器件性能要求不同，MOSFET器件發展出了平面型、溝槽型及超級結等不同結構。平面型 MOSFET 結構由于芯片面積大（耐壓高）且工藝簡單，可應用于對中小電流的場景；而溝槽型 MOSFET 相比平面型MOSFET縮短了電流的導通路徑（消除了 J-FET 電阻），在低壓高電流的場景中被廣泛應用；在此基礎上，為進一步提升溝槽柵結構耐壓能力與導通性能，將電場強度均勻化且用低阻N層設計的超級結MOSFET（SJ-MOS）出現，并廣泛應用于中高壓大電流的電源場景中。

MOSFET為汽車電能傳輸的主要器件?

MOSFET被廣泛應用于汽車中涉及（有刷、無刷）直流電機、電源等零部件中，隨著汽車智能化、電動化應用場景不斷豐富:?

智能化應用：

ADAS：安全管理、域控制系統、泊車系統；

車身電子：車身電源、中控系統、溫度控制、網關系統、智能門鎖、照明系統；

底盤與安全：懸掛系統、電子輔助轉向系統、安全氣囊、駐車及防抱死制動系統；

信息娛樂系統：顯示控制、音頻、儀表盤、娛樂功能、遠程信息處理。

電動化應用（傳統汽車與新能源汽車不同）?

傳統燃油汽車：發動機與變速箱管理、內燃機輔助系統、啟停系統；

新能源汽車：DC-DC電源、車載充電器。

MOSFET在傳統汽車中已廣泛使用，單車使用量近100個。在傳統汽車中，從關鍵的電控動力轉向系統(EPS)、電動制動和噴射系統到加熱、通風系統、座椅調節都需要用到MOSFET。以EPS為例，系統需要8個40V MOSFET，6 個配合電機完成轉向功能，2個配合電源管理芯片（PMIC)實現電路安全斷開功能。

汽車智能化是未來中低壓MOSFET器件的拓展方向。隨著汽車智能化發展，ADAS、安全、信息娛樂等功能需MOSFET作為電能轉換基礎器件支撐數字、模擬等芯片完成功能實現。以EPS系統為例，隨著對安全性要求的提升，系統要求增加失效可操作（Fail-Operational）功能，即增加一套冗余系統作為備用，在發生罕見故障時EPS仍可保持工作；相應地，MOSFET用量由8個增加至22個。

超結MOSFET是汽車電動化后的動力總成部分的新增器件類型，主要應用于DC-DC電源與車載充電器（OBC）中。在動力總成部分，汽車電動化后以電制動的方式使得動力相關的電源如 DC-DC、車載充電器以及逆變器等功率提升，需要適用于中高壓大電流的超結MOSFET、IGBT、SiC MOSFET器件及模塊完成電能的高效轉換。以華潤微提供的汽車MOSFET應用參考為例，在新能源汽車車載充電器部分需增加 16 個超結MOSFET。

新能源汽車OBC、HV-LV DC-DC中650V以上超結MOSFET被大量選用。在新能源汽車中車載充電器OBC主要利用交流電網提供的電能為高壓動力蓄電池充電、HV LV DC-DC電源轉化器則是將汽車的高壓區和低壓區連接在一起。根據汽車動力等級與電池大小不同，OBC\DC-DC電源的器件對應電壓大致分為650V、1200V。

超結MOSFET是目前主流中低壓OBC、DC-DC電源方案考慮性能、成本與效率的最佳選擇。超級結MOSFET在導電性、開關和驅動損耗性能優秀且可滿足汽車大部分中壓（600-650V）的電源產品要求；由于工藝成熟且產品組合最多，是最具性價比的選擇。因此，在主流中低功率（6.6KW\11KW）的OBC、HV LV DC-DC轉換器（500V以下汽車高壓電池）中，MOSFET被大量選用。

MOSFET主驅動方案廣泛應用于30KW以下的 A00 級車中。主驅動功率在20-30kW范圍的純電動A00級車其電機控制器對功率器件要求與車載充電器相近，MOSFET作為低成本方案被選用。目前MOSFET主驅動方案在我國新能源乘用車市場滲透率近15%，代表品牌為北汽制造、昌河、奇瑞、五菱、小虎、凌寶、新特、海馬、知豆、雷丁、東風風光、榮威、領途、東風風神、眾泰、朋克、寶駿、思皓等。?

汽車智能化與電動化驅動MOSFET市場增長?

全球MOSFET器件市場26年將增至89億美元，其中汽車應用占30%；全球汽車功率器件市場將增至108億美元，MOSFET占比約25%。結合Omdia與Yole數據，我們預計2020-2026年全球MOSFET市場將從74億美元增至89 億美元，受益于汽車智能化、電動化，汽車應用占比從25%增加至30%。2020-2026年全球汽車（含燃油車）功率器件市場將從48億美元增至108億美元，其中汽車MOSFET單管及模塊市場將從18.3億美金增至26.7億美元，IGBT、SiC等器件主要應用于新能源汽車，相對增速較快。

汽車平均MOSFET用量將增加至135個以上，ADAS與非燃油汽車動力總成市場增速最快。受益于汽車智能化，20-26年MOSFET非動力應用市場將從8.3增至11.1億美元，其中ADAS在安全管理、域控制系統、泊車系統智能化升級的拉動下將從0.3增加至0.9億美元；受益于汽車電動化，包含輕混動的非燃油車動力總成市場將從1.5增至6億美元。

大疆無人機拆解：部分美國器件仍無法替代

《日經亞洲評論》（Nikkei Asian Review）日前聯同總部位于東京的調查公司Fomalhaut Techno Solutions對DJI今年初推出的Mavic Air 2進行拆解分析，發現其8成零件屬于采購物料，而且價值只是售價的約2成。

▍成本控制大大優于日本企業

拆開DJI Mavic Air 2后，結果發現，估算的零部件價格成本為135美元。成本率僅為20％，低于智能手機的30～35％。日本某企業的高管表示“要達到相同性能，日本企業的話僅材料費就會達到整機價格的2倍”。可見，低成本成為大疆的競爭力源泉。他們也發現，Mavic Air 2的很多部件也常在智能手機和計算機中找到，而這些零部件占了Air2使用的230種零件中的8成，包括會在高階手機用到的相機部件、智能手表會用到的GPS接收器。

▍技術實力很強

當然不僅限于低成本。作為調查對象的Mavic Air 2用于航拍時可拍攝4K畫質，還具備自動跟蹤和避開障礙物等功能。在日本，可從最遠6公里處操控，無線傳輸影像的距離達到其他公司產品的約5倍。

為了實現570克這一較輕的重量，采用了猶如電子設備的設計。主基板尺寸約為10厘米×4厘米，在1塊基板上以高密度安裝了控制和通信半導體、傳感器等大小10個半導體零部件。? ?

軟件的技術也很強。大疆通過積極投放新產品不斷進行摸索，使軟件不斷完善。一位日本無人機開發人員贊嘆稱，“最初飛行控制也不成熟，但過了3年左右感覺令人刮目相看”。涉足專利分析的日本Patent Result的調查顯示，大疆在日本的有效專利（截至2019年1月）為185件，達到第2位的3倍以上。這也佐證了其技術實力之高。

▍控制螺旋槳的芯片是唯一專有部件

Fomalhaut官方表示：「控制螺旋槳的芯片是唯一的專有技術部件。」另外，價格超過10美元的昂貴部件僅限于電池、相機和一些其他部件。不過小編認為，能將這些零件完美整合的技術，以及設計出人性化的軟件控制才是價值最高的開發成本。