變頻家電芯片基本可分為四大模塊：變頻功率、電源管理、主控制器、通信傳感。變頻家電中整機(jī)芯片成本占比約10%~15%；未來(lái)成本將隨著變頻&智能化性能升級(jí)同步增加。

變頻家電主要電子零部件結(jié)構(gòu)拆解，以空調(diào)為例包括：(1)主控制器/通信電路主板、(2)溫度/濕度/壓力/霍爾等傳感器、(3)壓縮機(jī)/風(fēng)機(jī)電機(jī)的變頻電路（IPM模塊/IGBT等）。變頻空調(diào)需要控制變頻壓縮機(jī)、直流風(fēng)機(jī)、PFC模塊；其中，主要芯片包括：MCU主控方案、壓縮機(jī)IPM，風(fēng)機(jī)IPM、AC-DC芯片、PFC相關(guān)（PFC驅(qū)動(dòng)芯片、IGBT、FRD）等電路。

圖1 變頻器整機(jī)電路原理圖：二極管/MOSFET/IGBT/PMIC各司其職

1.1、功率半導(dǎo)體是變頻家電核心

功率模塊在家電實(shí)現(xiàn)二大功能：電流轉(zhuǎn)換(交/直流電變換)、電源供應(yīng)(電流升/降壓輸出)。家電用功率芯片屬于技術(shù)門檻高的藍(lán)海市場(chǎng)；以芯朋微為例：公司家電PMIC毛利率近50%，高于消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)電源類的30%；白色家電一般要求在家中使用5至10年，產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性要求高；同時(shí)，較高集中度有利于縮小體積；此外，家電相對(duì)于汽車電子、軌交等領(lǐng)域產(chǎn)品迭代快速且驗(yàn)證周期短，有利于國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)更快進(jìn)行驗(yàn)證，導(dǎo)入本土化配套。

功率市場(chǎng)長(zhǎng)期被海外企業(yè)把控，但是細(xì)分領(lǐng)域和應(yīng)用較多，行業(yè)集中度較低；適合國(guó)內(nèi)小規(guī)模企業(yè)單點(diǎn)突破逐步做大。中國(guó)大陸具備完整功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈；IDM和Fabless+Foundry模式皆有，上下游協(xié)同進(jìn)口替代。以IGBT為例，國(guó)內(nèi)IDM企業(yè)包括華潤(rùn)微、比亞迪、華微電子等；Fabless企業(yè)包括斯達(dá)半導(dǎo)、中國(guó)北車等；Foundry有中芯國(guó)際、華虹宏力等，OSAT封測(cè)有華天科技、長(zhǎng)電科技等。

IGBT在功率模塊中可同時(shí)以IPM模組和分立器件形式存在，主要用于逆變(DC-AC直交流轉(zhuǎn)換)。未來(lái)IGBT將持續(xù)向高電壓、大電流和高集成度模組升級(jí)；模組和IPM模塊應(yīng)用占比有望提升。IPM將持續(xù)向更高度整合發(fā)展；除了原本變頻功率模塊，更進(jìn)一步集成MCU微處理器、驅(qū)動(dòng)電路、集成電源供應(yīng)模組等元件；增加單位功率密度，為客戶提供更好降本增效的產(chǎn)品。家電類IPM主要為600V-2000V應(yīng)用，國(guó)內(nèi)華潤(rùn)微、士蘭微、斯達(dá)半導(dǎo)均能供應(yīng)IPM模塊。

MOSFET下游應(yīng)用領(lǐng)域多樣，高頻特性難以被其他功率器件取代，適合用于體積小電子設(shè)備。MOSFET將朝向兩條路徑發(fā)展，低壓/中低壓將受益于處理器、智能快充、小家電等增量需求；高壓則受益于新能源汽車、5G基站等增量需求；SiC-MOSFET在超高頻應(yīng)用則快速增長(zhǎng)。家電類MOSFET國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈布局相對(duì)完善，華潤(rùn)微、士蘭微、新潔能、聞泰等均達(dá)一定份額。

功率二極管和晶閘管為基礎(chǔ)元件，充分競(jìng)爭(zhēng)下市場(chǎng)集中度分散，國(guó)內(nèi)外企業(yè)技術(shù)差距較小。二極管市場(chǎng)已有眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)，例如：揚(yáng)杰科技(2%)、瑞能(3%)、華潤(rùn)微、臺(tái)基、聞泰等。晶閘管為利基小眾市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)企業(yè)例如：捷捷微電(6%)、瑞能(12%)、華微電子、臺(tái)基等。

1.2、電源管理芯片：電能供應(yīng)指揮官

電源管理芯片(PMIC)為高集成度數(shù)位模擬混合IC，實(shí)現(xiàn)電能變換、分配、檢測(cè)等管理功能。全球電源管理芯片市場(chǎng)超200億美元；中國(guó)大陸市場(chǎng)為106億美元，中國(guó)市場(chǎng)在全球占比54%，此外，2015-2020年復(fù)合增速達(dá)8%；PMIC產(chǎn)品細(xì)分種類多，對(duì)于線寬要求較低，行業(yè)準(zhǔn)入門檻較低，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)主要在中低端領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)，高端市場(chǎng)還有較大發(fā)展機(jī)會(huì)。

家電終端各種環(huán)境配置，需要不同種類電源管理芯片；以3V至4.2V鋰電池供電情況為例：

（1）配置LDO線性穩(wěn)壓給對(duì)雜訊很敏感的無(wú)線通訊模塊供電;（2）配置DC/DC的Boost和功率開(kāi)關(guān)為5V的USB插槽供電;（3）配置DC/DC的Buck-boost為3.3V傳感器升降壓供電。

家用電器PMIC需求量提升：一臺(tái)家電中通常內(nèi)置1-8顆PMIC，隨著家電功能升級(jí)，PMIC的使用量和性能也隨著實(shí)現(xiàn)不同的電能管理職責(zé)而提升；例如：AC-DC(內(nèi)含PWM及高壓開(kāi)關(guān)晶體管)，DC-DC或LDO（升降壓調(diào)制給各個(gè)模塊供電）、FPC、Gate Driver IC等。

家用電器PMIC對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定性、可靠性要求高：要求具備700V以上BCD工藝平臺(tái)，才能達(dá)到技術(shù)門檻；此外，PMIC失效會(huì)直接導(dǎo)致電子設(shè)備停機(jī)甚至損毀，屬于家電關(guān)鍵芯片器件。PMIC主要被海外壟斷，國(guó)內(nèi)晶豐明源、芯朋微、圣邦股份開(kāi)始突破AC-DC、DC-DC等芯片。

1.3、微處理器MCU：家用電器大腦

家電MCU隨著智能化、變頻化滲透率逐漸提升，MCU性能從8位向32位中高端產(chǎn)品升級(jí)；中國(guó)家電市場(chǎng)8位和16位MCU占比達(dá)到80%至90%，32位增長(zhǎng)空間尚大；按照全球各應(yīng)用領(lǐng)域MCU位來(lái)看，國(guó)內(nèi)32位MCU占比僅21%，對(duì)比全球43%還有翻倍的增長(zhǎng)空間。

微處理器MCU在智能化趨勢(shì)下，芯片硬件模塊配置逐步升級(jí)，包括工藝節(jié)點(diǎn)、內(nèi)核BIT和主頻、存儲(chǔ)器容量、支援通信協(xié)議等；軟件方面運(yùn)算數(shù)據(jù)量增加，對(duì)人工智能算法、多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS、先進(jìn)人機(jī)交互界等需求將越來(lái)越廣泛。

全球MCU企業(yè)超過(guò)五十家，競(jìng)爭(zhēng)激烈；海外IDM龍頭壟斷市場(chǎng)；但是近年來(lái)，國(guó)內(nèi)中穎電子、華大半導(dǎo)體等領(lǐng)先突破家電、工控應(yīng)用；逐步從低端消費(fèi)類產(chǎn)品向中高端應(yīng)用升級(jí)。

圖2 智能家電MCU硬件升級(jí)趨勢(shì)

1.4、通信芯片：從低端向高端突破

家電的通信場(chǎng)景主要采用短距離無(wú)線通信技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)家電聯(lián)網(wǎng)智能化功能；短距離通信技術(shù)以WiFi、藍(lán)牙、Zigbee為主，具備不同技術(shù)優(yōu)勢(shì)，WiFi用于智能設(shè)備和用戶家庭范圍之間的互聯(lián)、藍(lán)牙用于可穿戴式裝置短距離互聯(lián)，Zigbee用于M2M設(shè)備間互聯(lián)。

WiFi+MCU的SoC芯片具備高集成度、低成本的優(yōu)勢(shì)；2020年WiFi MCU芯片價(jià)格已經(jīng)降至1.5美元至0.5美元，預(yù)計(jì)在低端應(yīng)用價(jià)格已經(jīng)見(jiàn)底；因此，未來(lái)WiFi MCU將向中高端應(yīng)用滲透，提高集成度和性能，例如：集成WiFi&藍(lán)牙雙通信協(xié)議、主頻更高、接口更多等功能提升。

2019年新一代WiFi6協(xié)議802.11ax開(kāi)始導(dǎo)入；國(guó)內(nèi)主要路由器品牌皆推出WiFi6產(chǎn)品，有利于WiFi6加速滲透；WiFi6相較于上一代協(xié)議，具備高速率、大容量、低時(shí)延、低功耗要求高的場(chǎng)景尤其是對(duì)于室內(nèi)智能家電的體驗(yàn)升級(jí)，將推動(dòng)WiFi6和萬(wàn)物互聯(lián)的應(yīng)用增加。

智能家居對(duì)于性能要求較低，通信芯片和主控制板有望朝向單芯片式WiFi MCU發(fā)展；但是變頻家電對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制精度高，因此會(huì)采用主控制MCU外掛WiFi SoC；國(guó)內(nèi)樂(lè)鑫科技、博通集成在WiFi MCU市場(chǎng)已有突破，未來(lái)有望持續(xù)加大家電領(lǐng)域滲透，并突破高端網(wǎng)通市場(chǎng)。

信號(hào)鏈芯片和傳感器主要被海外企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)企業(yè)整體規(guī)模較小，但是在細(xì)分領(lǐng)域突破。信號(hào)鏈芯片以TI、ADI、瑞薩等傳統(tǒng)大廠為主；國(guó)內(nèi)思瑞浦、圣邦股份、芯海科技占比不足1%。傳感器產(chǎn)品種類眾多，整體主要為歐美廠商；國(guó)內(nèi)歌爾股份、敏芯股份、士蘭微均有突破。

變頻家電芯主要模塊	本土代表企業(yè)
功率及模塊	華潤(rùn)微、斯達(dá)半導(dǎo)、士蘭微、揚(yáng)杰科技、新潔能、捷捷微電、中芯國(guó)際、華虹半導(dǎo)體、聞泰科技、比亞迪電子
電源管理	晶豐明源、芯朋微、圣邦股份、富滿電子、上海貝嶺、明微電子
主控（軟/硬）	和而泰、中穎電子、北京君正、拓邦股份、兆易創(chuàng)新、芯?？萍?、華大半導(dǎo)體、東載軟波、貝特萊
通信單元	博通集成、樂(lè)鑫科技
信號(hào)鏈	思瑞浦、芯海科技、圣邦股份
傳感單元	歌爾股份、敏芯股份、士蘭微、華工科技、瑞聲聲學(xué)

表2  家電芯產(chǎn)業(yè)鏈本土代表企業(yè)梳理

芯片是家電的核心部件，家電企業(yè)掌握芯片技術(shù)既能有效防范海外芯片斷供對(duì)供應(yīng)鏈造成巨大影響、降低成本，又能把握行業(yè)未來(lái)發(fā)展方向。美的、格力、海爾等家電巨頭紛紛積極布局芯片領(lǐng)域，希望搶占科技高地。

美的多點(diǎn)發(fā)力，擁有多個(gè)品類芯片產(chǎn)品。IPM是空調(diào)室外機(jī)變頻電控中的核心芯片，美的于2010年就成立了IPM模塊項(xiàng)目組，并于2013年實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自研IPM量產(chǎn)。2018年公司成立美仁半導(dǎo)體，正式進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)，主要產(chǎn)品覆蓋家電芯片全品類的四個(gè)產(chǎn)品系列，包括MCU、功率芯片、電源芯片和IOT芯片等。在2021年AWE展會(huì)中，美仁展出了自研芯片，并透露公司在美的家用空調(diào)、暖通及樓宇、冰箱、洗衣機(jī)、廚房和熱水等事業(yè)部均已完成產(chǎn)品測(cè)試，逐步進(jìn)入批量銷售階段。2019年10月，美的loT公司發(fā)布了家電專用智能芯片HolaCon。此款芯片由美的IoT聯(lián)合定制開(kāi)發(fā)，并同時(shí)推出搭載HolaCon芯片的高性能低成本智能連接模組，已全面應(yīng)用到美的全品類智能家電產(chǎn)品，而且該智能模組成本價(jià)格僅為9元。2021年1月，美的再次加碼，成立美墾半導(dǎo)體技術(shù)有限公司，經(jīng)營(yíng)范圍為集成電路芯片制造和銷售、電力電子元器件制造、半導(dǎo)體分立器件制造、新興能源技術(shù)研發(fā)等。格力芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并廣泛應(yīng)用于空調(diào)產(chǎn)品。2015年格力微電子所和功率半導(dǎo)體所成立，隨后自主研發(fā)了MCU、IGBT等芯片，并且質(zhì)量得到認(rèn)可。2018年，格力電器成立全資子公司珠海零邊界集成電路有限公司，專注于MCU、AIoT SoC和功率器件的研制與銷售，主打嵌入式主控、語(yǔ)音識(shí)別、AI圖像識(shí)別、變頻控制等方案，芯片年銷量超千萬(wàn)顆。2019年格力工規(guī)級(jí)MCU年產(chǎn)量已超1000萬(wàn)顆，且芯片達(dá)到進(jìn)口芯片水平，已全面應(yīng)用于家用空調(diào)掛機(jī)、柜機(jī)、商用多聯(lián)機(jī)內(nèi)機(jī)、線控器、空調(diào)遙控器等產(chǎn)品。

作為彩電領(lǐng)域的老牌企業(yè)，海信很早就涉足電視芯片研發(fā)。海信2005年生產(chǎn)了中國(guó)第一顆自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字視頻處理芯片“信芯一號(hào)”。2015年末，海信發(fā)布Hi-View Pro畫質(zhì)引擎芯片，成為中國(guó)唯一擁有自主高端畫質(zhì)芯片的電視機(jī)企業(yè)，正式比肩行業(yè)巨頭三星和索尼。2019年海信與青島微電子創(chuàng)新中心有限公司共同成立青島信芯微電子科技有限公司，專注于顯示控制和畫質(zhì)芯片研發(fā)。2020年，信芯微的屏端驅(qū)動(dòng)芯片（TCON）產(chǎn)品已經(jīng)覆蓋從高清到8K超高清全系，全年出貨量超4000萬(wàn)顆，累計(jì)出貨已達(dá)1億顆，全球占有率超過(guò)50%，穩(wěn)居第一，客戶包括京東方、華星光電、中電熊貓、惠科和彩虹等主流面板企業(yè)。

海爾智能芯片助力智慧家庭場(chǎng)景戰(zhàn)略。伴隨著向場(chǎng)景化家居轉(zhuǎn)型，海爾推出了專為智慧家庭應(yīng)用場(chǎng)景深度定制的IoT芯片云芯Ⅱ代，引領(lǐng)智慧家庭領(lǐng)域的技術(shù)革新。此芯片率先應(yīng)用到出口東南亞、南亞的海爾智能空調(diào)上，旨在加速海爾智能空調(diào)全球化進(jìn)程。在此之前，2017年海爾U+就正式推出U+物聯(lián)云解決方案——U+云芯，用于制造業(yè)及中小初創(chuàng)企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，助力傳統(tǒng)企業(yè)制造升級(jí)。

家電制造涉及多種芯片，雖然涉足芯片領(lǐng)域的家電企業(yè)無(wú)法全面覆蓋并實(shí)現(xiàn)完全自主供應(yīng)，但是在自身掌握部分技術(shù)和產(chǎn)能的情況下一定程度上能緩解供應(yīng)危機(jī)，并為未來(lái)持續(xù)深化芯片領(lǐng)域研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，作為龍頭企業(yè)，在整個(gè)行業(yè)都面臨短缺壓力之時(shí)，能憑借自身的規(guī)模和品牌在供應(yīng)商處獲得優(yōu)先權(quán)。