過去幾年，新能源汽車大潮正在席卷全球，這給汽車半導體產業帶來了新一輪的革命。德勤在一份報告中也直接指出，隨著汽車電動化和自動駕駛技術的進一步發展，汽車半導體變得越來越重要。而且，與過去相比，本輪的汽車半導體需求具備多方面的不同特征：

首先，與傳統內燃機汽車相比，新能源汽車使用的芯片越來越多。數據顯示，到2022年，新能源汽車的平均芯片數量將達到1459顆左右，進一步超過傳統內燃機汽車上安裝的芯片數量。

其次，在電池管理系統和電動動力總成中使用的電子元件（例如逆變器、動力總成域控制器DCU、各種傳感器等）的推動下，到2025年，汽車電子元件BOM（物料清單）價值將大幅增長；

第三，由于車輛中ECU和傳感器的數量增加，車輛線束的成本和布線難度急劇增加。有必要重塑汽車電子電氣硬件架構，從傳統的分布式模式轉向更加“集中、輕量化、精簡、可擴展”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注，那就是高邊驅動芯片。


高邊驅動芯片，需求大增

過去幾年的芯片產業正在經歷一個過山車周期——從疫情開始的冰凍，到中期的急速上漲，再到近一年來的斷崖式下滑。這種大起大落除了給消費電子供應商帶來了災難式的周期，就連一直被看作能夠穿越周期的工業和汽車也都開始受到了影響。不過，這在高邊驅動芯片方面的影響似乎沒那么大。有從業者告訴筆者，歐美廠商的高邊驅動芯片依然火熱。

相關統計顯示，當前平均一輛車上高邊驅動產品的通道數大概在80~120個通道，那就意味著一輛車里的高邊驅動產品，大概占整個汽車芯片數量份額的15%左右。那么這究竟是怎樣的一個產品？那就得先從高邊驅動說起。

眾所周知，在傳統的汽車上有很多燈/邊/閥/泵/電扇/各種風機。有需要的時候，你需要打開相應的開關。在不用的時候則需要把它關掉，達到節省能耗的作用。然而，在開關的時候，你還需要考慮到后面負載的情況，因為它的過流、過壓都需要進行監控和保護。在過去，大家都是使用傳統方式來執行此類功能，最常見的做法是使用繼電器進行開關，然后搭配Fuse進行保護。這是在過去汽車的配電系統或在負載的電源開關里常見的組合。

不過，正如上海類比半導體技術有限公司市場總監范天偉先生所說，這樣的設計會帶來很多問題。例如只能做簡單的保護、可靠性不足、不夠靈活、功耗較高、重量較重以及產生大量的EMC。

“高邊開關能完美解決這些問題。”范天偉說。

據介紹，汽車中能用到高邊開關的主要場景涵蓋了燈、閥、加熱器、配電和鎖扣等應用。隨著汽車從傳統汽車往新能源汽車演變，應用到汽車的高邊驅動通道也從35提高到75，增加幅度超過100%。范天偉預估，如果按照單顆單邊開關售價1.2元算，高邊開關國內去年市場潛在體量在14~15億元, 可觸達的市場為6.5億元。。他同時指出，當前的高邊開關滲透率只有46%。而且，隨著新能源汽車的發展，通道數量還在增加，可以預見的是，高邊開關市場容量未來會進一步擴大。


駕乘體驗推動高邊開關需求激增，帶動車身控制設計變革

隨著整車智能化程度的不斷提升，機械控制電子化的程度不斷提升。同時，隨著智能駕駛等級的提升，越來越多的智能開關類芯片大量應用于智能汽車。以特斯拉Model3為例，僅前車身域控制器就配置了21顆高邊驅動芯片，整車用量超過35顆。

類比半導體市場總監范天偉在接受集微網采訪時指出，在傳統車身控制中所使用的繼電器方案，正隨著汽車線控化、電子化迅速轉向集成電路式高邊開關，它是位于電源和負載之間的開關，可用于車身控制域中的各種阻性、感性及容性負載的驅動，在車內外的應用非常廣泛，包括車內飾燈、頭尾燈、座椅和方向盤及后視鏡加熱、電磁閥、門鎖、電機等。

范天偉指出，高邊開關市場需求正受到汽車架構設計的變化而推動。

首先是汽車中各類自動化功能迅速增加，負載點的增加推動了對高邊開關的需求增長。比如汽車線控化，汽車天窗、尾門、座椅、前后大燈等都可以用線控控制，自動化程度提升使得電控執行單元增加，推動了對高邊開關的需求；汽車照明場景增加，除了傳統的前后尾燈外，汽車照明數量越來越多，包括車內各種指示燈、氛圍燈、內飾燈、儀表盤背光燈等等，通道數量增加使得高邊開關需求同步增加；司乘人員對駕乘舒適度的需求，導致加熱座椅、加熱方向盤等加熱功能增加，熱管理越來越復雜，分門的控制數量越來越多，這些因素均提高了高邊開關的需求。

其次是高邊開關正在逐漸替代傳統的保險絲、繼電器等方案。后者雖然設計簡單，成本便宜，但是隨著汽車功能安全、可靠性要求越來越高，對PCB板面積、車身重量考量也越來越重視，高邊開關作為芯片，在可集成更多功能、可靠性、開關次數、壽命以及輕量化等方面表現都遠比繼電器優異，正迅速替換繼電器等傳統方案。

“目前平均每輛傳統燃油車中對高邊開關的需求為40~60個通道，新能源車中達到80~120個，如果按今年國內預計汽車產量2800萬輛來估算，預計在2025年國內高邊開關市場規模可達到25~35億元人民幣，隨著新能源汽車滲透率不斷提升，在其市場占比達到峰值前，高邊開關市場仍將高速增長。”他表示。

值得注意的是，隨著高邊開關越來越多地應用于車身控制，相比傳統的保險絲、繼電器方案，這一轉變對相應的汽車架構設計也帶來了變化。

范天偉解釋，第一，無論是傳統的繼電器，還是如今的高邊開關，都是用于負載驅動，這就帶來多重的電路保護功能需求，比如過流、過溫以及過熱關斷保護等等。以往繼電器是沒有保護功能的，因此需要搭配很多外圍電路來實現保護功能，比如過、欠壓，過流保護等，這些外圍電路加上繼電器本身，無形中增加了成本、PCB面積和重量。使用高邊開關將輕松解決這些問題，帶來多重利益，可取代現有系統的多個組件，譬如繼電器、熔絲、繼電器驅動電路、電纜和連接器等。這使其可以安裝在車內其他位置，助力實現新一代輕量化的分布式整車配電架構。

第二，繼電器也不具備診斷功能。隨著汽車電子化演進，對ISO 26262的功能安全等級要求越來越高，包括底盤域、三單系統等都有功能安全要求，其中一個關鍵要求就是具備診斷功能，需要能夠實時讀取當前負載的電壓、電流、溫度等信號，并傳輸至主MCU中進行診斷判斷。當汽車出現故障時，需要實時地反饋是哪個部分出現了問題。繼電器本身是一個被動器件，不帶任何診斷功能，需要額外搭配復雜的電路設計來實現；相反診斷是高邊開關的主要功能之一，可在很大程度上簡化PCB設計。

第三，高邊開關作為硅半導體，其開關次數幾乎是沒有限制的，可靠性顯著高于繼電器。同時，對于感性、容性、阻性等不同屬性的負載，針對不同特性的負載需要選擇不同的繼電器，而高邊開關可根據不同的負載應用靈活設定開關屬性。此外，繼電器在開關導通時，會產生電火花等高能量進而導致非常高的EMI，這會使得產品在車廠認證時很容易出現問題，高邊開關則可以很好的解決EMI問題。


高邊開關成新藍海，大電流型號亟待國產化

不難發現，高邊開關雖然是很小的一個器件，但是在汽車電路設計中扮演著日益重要的角色。然而，目前高邊開關國產化率仍然很低，市場主要被ST、英飛凌等歐美品牌所主導，尤其是大電流高邊開關更是長期處于無國產替代局面，近幾年雖然成長起來一些國產高邊開關產品，但大多聚焦在小電流型號，在多通道、大電流產品方面仍然稀缺。

“因此對于國產半導體來說，無論是在新能源車高速發展的增量市場還是在目前以歐美半導體主導的存量市場，未來的增長空間都很大。”范天偉告訴集微網。

在中國汽車制造商加速“出海”并在全球引領汽車電動化浪潮之際，類比半導體積極布局汽車電子芯片，依托于自身深厚的技術創新能力和對產品質量的嚴格把控，目前已量產車規級直流有刷電機驅動器DR702/3Q、車規級模數轉換器等產品，產品已向眾多主機廠商和Tier1客戶批量供貨，并實際應用在EPB、電門模塊、電動尾門、天窗以及電動座椅等場景中。

從范天偉的介紹我們得知，現在國內廠商都已經看到了高邊市場，并已經投身其中，當中有幾家甚至都已經開始推出他們相應的高邊產品了。不過，他們大部分推出的都是高Rdson的小電流產品，圍繞著80毫歐以上的范圍，推出4通道、2通道甚至是1通道的產品。這些開關通常會用在一些小燈的開關、小電源的配電里。

“他們的產品相對還比較零散，是一個產品、一個產品的，沒有形成一個面。”范天偉接著說。“類比半導體推出了覆蓋大電流、小電流和多種通道的高邊開關產品，是國內迄今為止高邊驅動產品覆蓋率比較高的公司。”范天偉強調。據他所說，雖然類比半導體目前的產品沒有ST和英飛凌多，但基本可以覆蓋他們60%~70%的產品。

范天偉表示，高邊開關其實并不是非常新的產品，因為英飛凌早在十年前就涉足了相關領域。因此，對于國產廠商而言，如果想要在這個市場突圍，就首先必須要了解到這個產品未來的發展方向，才有希望實現彎道超車。