过去几年，新能源汽车大潮正在席卷全球，这给汽车半导体产业带来了新一轮的革命。德勤在一份报告中也直接指出，随着汽车电动化和自动驾驶技术的进一步发展，汽车半导体变得越来越重要。而且，与过去相比，本轮的汽车半导体需求具备多方面的不同特征：

首先，与传统内燃机汽车相比，新能源汽车使用的芯片越来越多。数据显示，到2022年，新能源汽车的平均芯片数量将达到1459颗左右，进一步超过传统内燃机汽车上安装的芯片数量。

其次，在电池管理系统和电动动力总成中使用的电子元件（例如逆变器、动力总成域控制器DCU、各种传感器等）的推动下，到2025年，汽车电子元件BOM（物料清单）价值将大幅增长；

第三，由于车辆中ECU和传感器的数量增加，车辆线束的成本和布线难度急剧增加。有必要重塑汽车电子电气硬件架构，从传统的分布式模式转向更加“集中、轻量化、精简、可扩展”的模式。

在这些变革背后，有一颗模拟芯片正在受到广泛的关注，那就是高边驱动芯片。


高边驱动芯片，需求大增

过去几年的芯片产业正在经历一个过山车周期——从疫情开始的冰冻，到中期的急速上涨，再到近一年来的断崖式下滑。这种大起大落除了给消费电子供应商带来了灾难式的周期，就连一直被看作能够穿越周期的工业和汽车也都开始受到了影响。不过，这在高边驱动芯片方面的影响似乎没那么大。有从业者告诉笔者，欧美厂商的高边驱动芯片依然火热。

相关统计显示，当前平均一辆车上高边驱动产品的通道数大概在80~120个通道，那就意味着一辆车里的高边驱动产品，大概占整个汽车芯片数量份额的15%左右。那么这究竟是怎样的一个产品？那就得先从高边驱动说起。

众所周知，在传统的汽车上有很多灯/边/阀/泵/电扇/各种风机。有需要的时候，你需要打开相应的开关。在不用的时候则需要把它关掉，达到节省能耗的作用。然而，在开关的时候，你还需要考虑到后面负载的情况，因为它的过流、过压都需要进行监控和保护。在过去，大家都是使用传统方式来执行此类功能，最常见的做法是使用继电器进行开关，然后搭配Fuse进行保护。这是在过去汽车的配电系统或在负载的电源开关里常见的组合。

不过，正如上海类比半导体技术有限公司市场总监范天伟先生所说，这样的设计会带来很多问题。例如只能做简单的保护、可靠性不足、不够灵活、功耗较高、重量较重以及产生大量的EMC。

“高边开关能完美解决这些问题。”范天伟说。

据介绍，汽车中能用到高边开关的主要场景涵盖了灯、阀、加热器、配电和锁扣等应用。随着汽车从传统汽车往新能源汽车演变，应用到汽车的高边驱动通道也从35提高到75，增加幅度超过100%。范天伟预估，如果按照单颗单边开关售价1.2元算，高边开关国内去年市场潜在体量在14~15亿元, 可触达的市场为6.5亿元。。他同时指出，当前的高边开关渗透率只有46%。而且，随着新能源汽车的发展，通道数量还在增加，可以预见的是，高边开关市场容量未来会进一步扩大。


驾乘体验推动高边开关需求激增，带动车身控制设计变革

随着整车智能化程度的不断提升，机械控制电子化的程度不断提升。同时，随着智能驾驶等级的提升，越来越多的智能开关类芯片大量应用于智能汽车。以特斯拉Model3为例，仅前车身域控制器就配置了21颗高边驱动芯片，整车用量超过35颗。

类比半导体市场总监范天伟在接受集微网采访时指出，在传统车身控制中所使用的继电器方案，正随着汽车线控化、电子化迅速转向集成电路式高边开关，它是位于电源和负载之间的开关，可用于车身控制域中的各种阻性、感性及容性负载的驱动，在车内外的应用非常广泛，包括车内饰灯、头尾灯、座椅和方向盘及后视镜加热、电磁阀、门锁、电机等。

范天伟指出，高边开关市场需求正受到汽车架构设计的变化而推动。

首先是汽车中各类自动化功能迅速增加，负载点的增加推动了对高边开关的需求增长。比如汽车线控化，汽车天窗、尾门、座椅、前后大灯等都可以用线控控制，自动化程度提升使得电控执行单元增加，推动了对高边开关的需求；汽车照明场景增加，除了传统的前后尾灯外，汽车照明数量越来越多，包括车内各种指示灯、氛围灯、内饰灯、仪表盘背光灯等等，通道数量增加使得高边开关需求同步增加；司乘人员对驾乘舒适度的需求，导致加热座椅、加热方向盘等加热功能增加，热管理越来越复杂，分门的控制数量越来越多，这些因素均提高了高边开关的需求。

其次是高边开关正在逐渐替代传统的保险丝、继电器等方案。后者虽然设计简单，成本便宜，但是随着汽车功能安全、可靠性要求越来越高，对PCB板面积、车身重量考量也越来越重视，高边开关作为芯片，在可集成更多功能、可靠性、开关次数、寿命以及轻量化等方面表现都远比继电器优异，正迅速替换继电器等传统方案。

“目前平均每辆传统燃油车中对高边开关的需求为40~60个通道，新能源车中达到80~120个，如果按今年国内预计汽车产量2800万辆来估算，预计在2025年国内高边开关市场规模可达到25~35亿元人民币，随着新能源汽车渗透率不断提升，在其市场占比达到峰值前，高边开关市场仍将高速增长。”他表示。

值得注意的是，随着高边开关越来越多地应用于车身控制，相比传统的保险丝、继电器方案，这一转变对相应的汽车架构设计也带来了变化。

范天伟解释，第一，无论是传统的继电器，还是如今的高边开关，都是用于负载驱动，这就带来多重的电路保护功能需求，比如过流、过温以及过热关断保护等等。以往继电器是没有保护功能的，因此需要搭配很多外围电路来实现保护功能，比如过、欠压，过流保护等，这些外围电路加上继电器本身，无形中增加了成本、PCB面积和重量。使用高边开关将轻松解决这些问题，带来多重利益，可取代现有系统的多个组件，譬如继电器、熔丝、继电器驱动电路、电缆和连接器等。这使其可以安装在车内其他位置，助力实现新一代轻量化的分布式整车配电架构。

第二，继电器也不具备诊断功能。随着汽车电子化演进，对ISO 26262的功能安全等级要求越来越高，包括底盘域、三单系统等都有功能安全要求，其中一个关键要求就是具备诊断功能，需要能够实时读取当前负载的电压、电流、温度等信号，并传输至主MCU中进行诊断判断。当汽车出现故障时，需要实时地反馈是哪个部分出现了问题。继电器本身是一个被动器件，不带任何诊断功能，需要额外搭配复杂的电路设计来实现；相反诊断是高边开关的主要功能之一，可在很大程度上简化PCB设计。

第三，高边开关作为硅半导体，其开关次数几乎是没有限制的，可靠性显著高于继电器。同时，对于感性、容性、阻性等不同属性的负载，针对不同特性的负载需要选择不同的继电器，而高边开关可根据不同的负载应用灵活设定开关属性。此外，继电器在开关导通时，会产生电火花等高能量进而导致非常高的EMI，这会使得产品在车厂认证时很容易出现问题，高边开关则可以很好的解决EMI问题。


高边开关成新蓝海，大电流型号亟待国产化

不难发现，高边开关虽然是很小的一个器件，但是在汽车电路设计中扮演着日益重要的角色。然而，目前高边开关国产化率仍然很低，市场主要被ST、英飞凌等欧美品牌所主导，尤其是大电流高边开关更是长期处于无国产替代局面，近几年虽然成长起来一些国产高边开关产品，但大多聚焦在小电流型号，在多通道、大电流产品方面仍然稀缺。

“因此对于国产半导体来说，无论是在新能源车高速发展的增量市场还是在目前以欧美半导体主导的存量市场，未来的增长空间都很大。”范天伟告诉集微网。

在中国汽车制造商加速“出海”并在全球引领汽车电动化浪潮之际，类比半导体积极布局汽车电子芯片，依托于自身深厚的技术创新能力和对产品质量的严格把控，目前已量产车规级直流有刷电机驱动器DR702/3Q、车规级模数转换器等产品，产品已向众多主机厂商和Tier1客户批量供货，并实际应用在EPB、电门模块、电动尾门、天窗以及电动座椅等场景中。

从范天伟的介绍我们得知，现在国内厂商都已经看到了高边市场，并已经投身其中，当中有几家甚至都已经开始推出他们相应的高边产品了。不过，他们大部分推出的都是高Rdson的小电流产品，围绕着80毫欧以上的范围，推出4通道、2通道甚至是1通道的产品。这些开关通常会用在一些小灯的开关、小电源的配电里。

“他们的产品相对还比较零散，是一个产品、一个产品的，没有形成一个面。”范天伟接着说。“类比半导体推出了覆盖大电流、小电流和多种通道的高边开关产品，是国内迄今为止高边驱动产品覆盖率比较高的公司。”范天伟强调。据他所说，虽然类比半导体目前的产品没有ST和英飞凌多，但基本可以覆盖他们60%~70%的产品。

范天伟表示，高边开关其实并不是非常新的产品，因为英飞凌早在十年前就涉足了相关领域。因此，对于国产厂商而言，如果想要在这个市场突围，就首先必须要了解到这个产品未来的发展方向，才有希望实现弯道超车。