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航天军工行业专题研究报告:军工、通信高景气,模块电源需求广

报告研究所 | 分享最深度的行业研究报告 2021/05/22 19:15
专项研究 华泰证券 2021 非券商

(报告出品方/作者:华泰证券,李聪、陈莉)

核心观点:

自主可控政策助力国产替代趋势,关注国产模块电源机遇

电源是电子设备的心脏,在军工及通讯领域应用广泛。上世纪 80 年代,国 外电源企业率先开展研究,形成技术领先优势,近年来随着自主可控政策助 力国产替代趋势,国内相关企业有望充分受益。根据智研咨询及中国电源学 会数据,2019 年中国电源市场整体规模约为 3200 亿元,2023 年有望达到 约 4200 亿元,2020-2023 年均复合增长率约为 7.3%。开关电源主要用于 稳定输出电压,在军工及通讯领域应用广泛。我们建议市场关注中美贸易摩 擦常态化后,国产替代进程中的优秀电源企业。

装备电气化趋势明显,军用电源市场空间广阔

当前,以电气化为代表的新一轮能量系统技术革命正在重构全球航空、地面、 海上装备产业格局。以航空装备为例,四代机谋求更强的态势感知能力,以 及隐身、超声速巡航、超常规机动等性能要求,推动了机载任务系统的快速 发展。随着航空器信息化水平的日益提高,对高可靠、小体积的 DC/DC 变 换器的需求也日益迫切。根据 Reportlinker 预测,到 2025 年底,全球下一 代军用电源市场规模有望从 2019 年的 92.9 亿美元增长到 156.5 亿美元, 2020-2025 年全球军用电源市场规模 CAGR 为 7.74%。

通信电源为基站必备,5G 基建带来广阔市场

在国内市场,电源的重要应用领域之一是通信设备领域。2019 年,全国净 增移动通信基站 174 万个,总数达到 841 万个,2020 年,全国移动通信基 站总数达 931 万个,全年净增 90 万个。根据前瞻产业研究院统计,2019 年中国 IDC 市场规模达到 1398 亿元,预计未来 IDC 市场仍将保持高速发 展态势,按照 2014-2018 年行业增长态势,预计到 2024 年我国 IDC 市场 规模将超过 2500 亿元。我们预计随着 5G 基站的进一步建设以及单站电源 价值量的提升,2024 年我国通信电源规模有望从 2019 年的 137 亿元增长 到 320 亿元,2020-2024 年 CAGR 为 18%。

国内企业有望突破外企垄断

我们认为,在中美贸易摩擦常态化的背景下,国内市场将进一步加强对关键 领域核心高端产品自主可控的重要性的意识,核心产业有望受到政策扶持, 助推国内高科技领域产品的发展,未来国内市场对国产产品的替代性需求或 大幅提升。新雷能是我国具有领先优势地位及品牌影响力的专业电源供应 商,公司主要产品包括模块电源、定制电源系统。振华科技是国内宽领域平 台型军用电子龙头,核心业务为新型电子元器件,在军用二极管、军用电阻、 军用钽电容等方面业界领先,子公司振华微在模块电源领域技术领先。

一、电源系统:能量的搬运工,下游需求持续扩张

电源是电子设备的心脏,与国民经济各部门紧密相关

电源是将其它形式的能转换成电能的装置。 广义上讲电源也包括把一种制式(电流、电压) 的电能转换为其它制式(电流、电压)的电能的装置。根据中国电源学会出版的《中国电 源行业年鉴》,电源按产品名称和原理可主要分为开关电源、UPS 电源、线性电源、逆变器、 变频器和其他电源,应用范围覆盖国民经济各部门。

按在电能转换过程中的位置做分类,电源可分为一次电源和二次电源。 一次电源与二次电 源的关系是相对的,通常来讲,一次电源多数是指将电网市电(220V/370V)变换成标称 值为 48V 的直流电,电流由交流电转化为直流电(AC/DC),对应产品为大功率电源等。二 次电源多数是指将 48V 直流电转换为适合负载端电力设备工作的直流电(12V/5V/3.3V 等)。二次电源是在一次电源的调节基础上,对电流、电压的进一步精确调整。

模块电源属于二次电源,是采用优化的电路和结构设计,利用先进的工艺和封装技术制造, 形成的一个结构紧凑、体积小、高可靠的电子稳压电源。 模块电源可以置于集成电路外, 也可以直接安装在印刷电路板上,是一个高度集成化的电源产品,强调封装标准化,产品 具有小、薄、轻的特点,从用户角度一般归类为电子器件类产品。模块电源在不同领域中 可以将不同的输入电压的直流电变为负载端电子设备要求电压的直流电,共用户系统或设 备使用。

电源产业链主要包括原材料供应商、电源制造商、设备制造商和行业应用客户。 行业上游 为电路基板、磁性元件、电子元器件、五金及结构件、连接器等原材料供应商,其中原材 料供应商提供控制芯片、功率器件、变压器、PCB 板等电子器件。电源产业链的下游主要 为设备制造商,这些设备制造商根据行业用户对相关产品的需求,采购相应型号、规格的 电源产品,应用到相应的电子设备中,并提供设备的技术支持和售后服务。

电源产业在欧美发达国家技术较为成熟,中国市场发展相对较晚。 随着国际产业转移、中 国信息化建设的不断深入以及航空、航天及军工产业的持续发展,下游行业快速发展对电 源行业的有力拉动,中国电源产业市场迎来了前所未有的商机。国内电源企业主要分布在 三个区域,一是珠江三角洲,主要是深圳、东莞、广州、珠海、佛山等地;二是长江三角 洲,主要是上海、苏南、杭州一带;三是北京及周边地区;武汉、西安、成都等地也有一 定的分布。这三大区域经济发展最快,轻重工业均较发达,信息化建设和科技研发水平较高,为技术密集型的电源行业的研发、生产以及销售提供了充分的条件和便利的场所。中 国电源行业已形成了高度市场化的状态,生产电源产品的厂商数量众多,市场集中度较低, 且企业规模普遍差别很大。近年来,全球电源市场一直保持稳步的增长趋势。

稳定输出电压,开关电源应用领域广泛

开关电源主要用于稳定输出电压,在军工及通讯领域应用广泛。 开关电源利用现代电子电 力技术,控制开关开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,主要用于工业 自动化控制、军工设备、科研设备、LED 照明、通信设备、电力设备、医疗设备等领域。

开关电源研发应用较早,技术走向成熟。 开关电源的研究和应用始于 20 世纪 50 年代。60 年代,开关电源技术基本成型。80 年代,第一个民用标准化开关电源诞生,80 年代中期出 现了符合全球通用规格的开关电源。随着上游器件技术水平和电力电子关键技术的不断发 展,开关电源技术取得了飞速发展,迅速成长为电子工业的重要基础产品。

开关电源逐步取代线性电源,成为稳压主流品种。 线性电源功率器件工作在线性状态,功 率器件一直在工作,导致功耗大、转换效率低、发热量大、体积大等缺点。开关电源因其 体积小,电流大,效率高等优点,在 21 世纪初逐渐取代了线性电源成为电源市场主流品类。开关电源上电过程中会有大的浪涌电流从输入端向输出端,如果输出端持续短路,短路电 流经同步续流管,热量积累会导致芯片损坏。因此不能直接将市电转化电路所用的小电压, 而需要分成两级甚至多级降压,在最后一级有时候也会使用线性电源。

不同应用领域不同客户需求变化很大。 铁路机车用的电源对于抗振动性能及环境温度要求 较高;航天航空及军工领域对电源产品的极端工作温度、剧烈冲击/加速度、低气压等严酷 环境下的性能要求很高,并要求长期可靠性;通信领域对于电源产品的转换效率、功率密 度要求严格等。因此,为了能够满足多领域应用、极端使用环境条件,多重输入范围,高 转换效率,最小化产品体积等要求。因此,行业内公司在技术积累以及设计生产工艺方面 都需要满足适应电源产品的要求。

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集成化和小型化是开关电源主要发展趋势。 集成化可以使电源产品更加紧凑,减少引线长 度,降低寄生参数,提高系统可靠性。在航空、航天、军工领域,小型化和轻型化得电源 产品能够减轻起飞及飞行重量,增大关键人物功能单元空间,在航空、航天领域整机产品 严苛得体积、重量设计及参数分配中占有优势。在车载及新能源汽车领域,电源小型化和 轻型化可以降低启动和形式重量,增大有效车内空间。目前开关电源已完成电路板层面得 继承,更为集成得电源芯片使行业发展的方向。

中国模块电源市场规模稳步增长。 模块电源利用先进的工艺和封装技术制造,形成一个结 构紧凑、体积小、高可靠性的电子稳压电源,是可以直接安装(主要为焊接)在印刷电路 板上的电源变换器。开关电源模块是将开关电源上的分立元器件进行模块化封装,从而形 成体积更小、功率密度更高的模块电源,其内部电路也是开关电源。近年来,我国模块电 源市场需求呈现稳步上升的态势,但增速呈波动下降的趋势。据前瞻产业研究院发布的《中 国模块电源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》统计数据显示,2013 年中国模块 电源行业市场销售额为 39 亿元,同比增长 26.25%,2015 年中国模块电源行业市场销售额 突破 50 亿元,2018 年中国模块电源行业销售规模增长至 77.2 亿元,2014-2018 年复合增 长率为 14.6%。

电源市场规模呈稳健增长态势,开关电源占比最高。根据智研咨询及中国电源学会数据, 2019 年中国电源市场整体规模约为 3200 亿元, 2023 年有望达到约 4200 亿元,年均复合 增长率约为 7.3%。从电源类型来看,电源市场结构近年发生改变,2015 年我国电源市场 中开关电源占比为 40%,2018 年对应比例上升为 58%。开关电源随着电子技术的提升, 在能耗、安全性等方面相较于传统线性电源具有优势,因而逐渐成为主流。

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二、军民双赛道加持,电源下游高景气

军用电源市场扩容,装备电气化趋势明显

中美机型差距大,正处于更新换代关键时期。 当前我国军用飞机正处于更新换代的关键时 期,未来 10 年现有绝大部分老旧机型将退役。根据《World Air Forces 2021》,2020 年我 国共有歼-7、歼-8 二代战斗机 484 架,歼-10、歼-11 等三代战机 550 架,歼-20 系列四代 战机 19 架。而美国现役战斗机中以三代机为主,辅以一定量的四代战斗机,未来订单也将 以四代机为主。我国现役战斗机结构和数量与世界空军强国差距较大,升级换装需求强烈。根据《World Air Force 2021》,从战斗机构成分布上看,美国现役战斗机已经实现了全三代 以上,并开始加速列装 F-22、F-35 等四代战机,现役四代机 294 架,四代机占比高达 19%。我国第三代和第四代歼击机规模和世界空军强国还存在差距。我国三代机、四代机数量和 美国、俄罗斯相比都差距较大。截至 2020 年,我国仍有近 500 架二代歼击机,占比达 46%。随着我军装备加速更新换代,给军工电源行业带来发展机遇。

战场电气化趋势明显,为电源产业提供需求。 当前,以电气化为代表的新一轮能量系统技 术革命正在重构全球航空、地面、海上装备产业格局。在现代武器装备发展过程中,先进 任务系统与武器系统的应用对装备电能生成、存储和管理等提出了极高的要求。以航空装 备为例,随着多电技术发展,航空装备电气化水平大幅提升,电网容量、能量转换效率、 功率密度、综合控制能力得到了长足进步,能够有力保障任务系统的效能。随着我国战场 电气化程度不断提高,将为军用电源行业的持续增长提供需求支撑。

发展综合航电系统趋势明显。 以航空装备为例,四代机谋求更强的态势感知能力,以及隐 身、超声速巡航、超常规机动等性能要求,推动了机载任务系统的快速发展,F-22 采用了 基于“宝石柱”计划的综合航电系统,F-35 进一步开展射频综合,机上大量装备大功率电 子设备。未来先进任务与武器系统的应用与效能发挥都需要电气化技术提供基础性保障。

国外飞机电源系统已经历了由低压直流到恒频交流的发展过程 ,就目前发展趋势看有两种, 一种是以 Boeing787 和 A380 为代表的大型民用飞机,采用了变频交流电源系统;另一种 是以 F-22 和 F-35 为代表的第四代战斗机,采用了高压直流电源系统。

随着航空器信息化水平的日益提高,对高可靠、小体积的 DC /DC 变换器的需求也日益迫 切。 对于机载供电系统,其供电电压会随机出现过压或者欠压电涌尖峰,使传统的 DC /DC 变换器输出异常,甚至烧毁,严重影响供电系统的可靠性。机载应用环境迫切需要能直接 在电涌环境下稳定工作的 DC /DC 变换器。

海上装备电气化需求提升。 随着先进任务系统及武器系统技术的引入,舰艇功率需求激增, 对电力系统容量和稳定性的需求也大幅提升。美国海军正推进研究面向定向能武器等新型 负载的模块化、可扩展的中间电力系统,目的在于为定向能武器等高能任务系统提供电力, 同时保护能量系统及平台其他系统不受任务系统产生的脉冲的影响。同时,能量库可以支 持舰艇平台的能量管理、负载均衡和应急供电。

根据 Reportlinker 预测,到 2025 年底,全球下一代军用电源市场规模有望从 2019 年的 92.9 亿美元增长到 156.5 亿美元,年复合增长率为 7.74%。

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通信电源为基站必备,5G 基建带来广阔市场

在国内市场,电源的重要应用领域之一是通信设备领域。主要用于基站通信设备、光通信 网络设备、宽带通信设备、程控和网络交换机、环境及监测设备等为设备提供电源保障。

一般移动通信场景主要使用-48V 低压直流电源,按照系统容量大小的不同,又可细分为机 柜式(系统容量大,室内和室外均可安装)、嵌入式(系统容量较小,单独部署或者装在一 体化机柜中)和壁挂式(系统容量小,用于部署在天馈端)。数据中心场景则主要使用交流 不间断 UPS 和高压直流 HVDC 电源。无论是-48V 低压直流电源,还是 UPS 或者 HVDC, 按照输出电压是否单一,都有组合式和分立式两种产品形式,其中,组合式电源输出多路 电压,分立式电源输出单路电压,且技术难度更高。

通信设备等通信固定资产的投资规模很大程度上反映了电源的消费结构 。根据工信部《通 信业统计公报》,2019 年,全国净增移动通信基站 174 万个,总数达到 841 万个, 2020 年, 全国移动通信基站总数达 931 万个,全年净增 90 万个 。其中 4G 基站总数达到 575 万个, 城镇地区实现深度覆盖。5G 网络建设稳步推进,按照适度超前原则,新建 5G 基站超 60 万个,全部已开通 5G 基站超过 71.8 万个,其中中国电信(0728 HK)和中国联通(600050 CH)共建共享 5G 基站超 33 万个,5G 网络已覆盖全国地级以上城市及重点县市。同时根 据《中国电源行业年鉴 2020》,2019 年通信电源市场规模达 137 亿元,同比增长 7.03%。

5G 站点要求更高的可靠性,备电成为必需。5G 网络主要应用于移动支付、智慧城市、虚 拟社会、VR/AR、无人驾驶、人工智能以及 4K 等“万物互联”业务,断网影响难以承受, 通信保障压力空前。

因此,可靠的基站后备电源是基站建设中必需要考虑的事项。受益于 5G 建设,IDC(互联网数据中心)行业打开新增长极。 根据前瞻产业研究院统计, 2019 年中国 IDC 市场规模达到 1398 亿元,预计未来 IDC 市场仍将保持高速发展态势,按 照 2014-2018 年行业增长态势,预计到 2024 年我国 IDC 市场规模将超过 2500 亿元。增 长主要由来自数据中心机房的电源管理需求所驱动。5G 基站 AAU 对电源系统参数要求更 高,电源系统占单基站价值量比重提升,同时 5G 小基站的建设也将带动运营商侧通信电 源市场的稳定增长; 而在数据中心侧,高性能计算集群中的电源分配系统将持续受益于云 服务市场增长以及 IDC 节能要求带来的技术升级趋势。

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在 5G 电源市场空间的测算上,我们假设按照 2019 年通信电源市场规模 137 亿,得到 2019 年通信电源占 IDC 行业的比重为 9.8%。同时考虑到若在现有的-48V 开关电源方案基础上 扩容,按照 5G 基站更高的输入功率需求,需要的整流模块数量更多,单站价值量更高。按照 2020-2024 年通信电源占 IDC 总比重以 5%左右的 CAGR 增长测算,2024 年我国通 信电源规模有望达到 320 亿元。2020-2024 年我国通信电源市场规模 CAGR 达到 18%。

三、海外巨头主导电源市场,国内企业有望逐步突围

海外企业具备先发优势,国内龙头奋起直追

国外率先开展研究,形成技术领先优势。 开关电源的研究最早起源于上世纪 50 年代初, 为了搭载火箭上的电子系统,美国宇航局以小型化、轻量化为目标,开发了开关电源技术。国外开关电源技术逐渐向两个方面发展:首先是实现了对开关电源控制的集成。1997 年国 外首次研制脉宽调制(PWM)控制器集成电路,美国摩托罗拉(Motorola)公司(MMI US)、硅 通用(Silicon General)公司(未上市)、尤尼特德(Unitorde)公司(未上市)等相继推出一批 了 PWM、PFM 芯片。其次是实现了对中、小功率开关电源单片集成化。20 世纪 80 年代 末意-法半导体有限公司率先推出了一系列单片开关电源稳压器,20 世纪 90 年代初,美国 电源集成公司(PW US)又研制成功三端隔离式 PWM 型单片开关电源变化器(AC/AD), 进一步推动了开关电源的发展。

国内研究起步较晚,电源产品市场分散。 与国外相比,国内对开关电源技术的研究起步比 较晚,技术相对落后,基本上源于 20 世纪 70 年代末、80 年代初。当时引进开关电源技术, 只在一些科学研究院与高等院校中应用,还停留在实验开发与教学阶段,直到 80 年代中期 开关电源产品才逐渐被推广与应用。早期中国电源市场呈现粗放式发展态势,低端电源产 品壁垒较低,行业参与者众多。

中美贸易摩擦常态化,自主可控政策助力国产替代趋势。 在对电源产品可靠性及特殊性能 要求较高的特种领域,此前国外厂商占据一定份额,如 Vicor(VICR US)和 Interpoint(CR US)等。据 Vicor 公司财报显示,中国是公司最大的海外市场,18-20 年公司在中国区销 售收入分别为 108.92、58.12、93.12 百万美元,所占营收比例为 37.4%、22.1%、31.4%。2019年销售收入较2018年同期下降46.64%,一方面是因为中美贸易战使得出口受到限制, 另一方面也是由于在“中国制造 2025”的目标指引下,政府对国内企业的激励和扶持使得 国外厂商在竞争中处于劣势。我们认为,在中美贸易摩擦常态化的背景下,国内市场将进 一步加强对关键领域核心高端产品自主可控的重要性的意识,核心产业有望进一步受到政 策扶持,助推国内高科技领域产品的发展,未来国内市场对国产产品的替代性需求或大幅 提升。在高性能电源,尤其是关键的军用领域,电源国产化比例有望进一步提升,催生大 规模国产替代空间。

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高端产品上,我们国内商用飞机 ARJ21、C919 中广泛使用进口高端电源产品,我们认为, 具备规模优势、研发投入高的本土龙头企业在夺取高端电源产品份额中将占得先机。

国内企业加大研发,产品技术逐渐与国际看齐。 随着高功率高密度产品的大量生产,更小 尺寸的元器件将大量使用。以军工模块电源龙头新雷能为例,公司始终保持电源产品的高 比例研发投入,研制了多个系列的模块电源、航空航天用定制电源、5G 用移动基站电源、 高效率大功率电源及电源系统、铁路和电力专用电源等。隔离 DC-DC 模块电源产品在不断 的优化,其中,DSM、DSM 产品效率最高达到 93%。相比于国外 Vicor 高达 97%的效率 和 22.00 x 16.50 x 6.73mm 的微小封装尺寸,未来,新雷能在产品的高效率技术、高功率 密度技术、高可靠性技术等发面存在突破和创新空间。

国内企业形成良性竞争,“十四五”有望加速进口替代

国内模块电源企业竞争激烈,行业集中度有望提升。 模块电源分为微电路电源模块和微电 子电源模块,其中微电子的一种形式为复合集成电路电源,微电子类的电源主要是厚膜电 源。我国电源行业起步较晚,国内厂商在技术上处于相对落后的状态,而军工领域对于电 源产品可靠性、安全性要求较高,以往市场主要被国际厂商占据。随着中国对军工行业的 持续大幅投资,国内军工市场对于本土电源厂商的采购份额逐年加大,逐步减弱对于国外 厂商的依赖,从而增强军工产品的安全性。因此,国内电源企业在航空、航天及军工领域 中的市场竞争力持续增强。国内供应商主要有新雷能、中电科 43 所、中电科 24 所、振华 微(振华科技子公司)、四川升华、上海军陶、华耀电子等。

分产品看,在微电路电源模块领域,新雷能是我国具有领先优势地位及品牌影响力的专业 电源供应商 。公司主要产品包括模块电源、定制电源及大功率电源及系统,产品广泛应用 于通信及数据中心、航空航天及船舶、铁路及电力、工控和新能源等领域。在通信领域, 与公司合作多年的国内客户有大唐移动(未上市)以及烽火通信(600498 CH),国外客户 有阿尔卡特-朗讯(未上市)、诺基亚通信(NOK US),并与三星电子(SMSN US)建立了 合作关系;此外,公司跟踪欧洲、北美市场多年,通过海外客户开辟国外市场,公司未来在通信领域的市场份额进一步扩大。由于通信领域变化大,客户需求变化快,对于电源厂 商的反应能力要求较高,新雷能通过近几年的发展已经成为了国内一流的通信电源供应商, 并通过其产品的高性价比获得了海内外厂商的认可。在航天、航空军工领域,公司的模块 电源及定制电源质量得到客户的认可,是此领域重要的电源供应商,公司产品的典型应用 包括为我国载人航天工程提供电源产品配套。

在厚膜混合集成电路领域,中电科 43 所、中电科 24 所历史悠久,拥有较强的技术实力, 具有明显的综合优势。

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随着我国军品招采体制改革的不断深入,我国民营企业将越来越多地进军军品市场。 国内 电源模块行业的竞争相当激烈,大量新晋电源厂商的涌入,以及客户对电源产品性价比的 日益追求,加速了产品价格战的“白热化”,企业之间的兼并战也愈演愈烈,很多传统电源 模块公司被收购、并购,行业经历着不断的“洗牌”和重建。在国际上,国际模块电源跨 国公司通过投资兼并与重组在其它国家设立合资子公司、控股子公司,扩大其业务范围, 利用原公司的销售渠道等抢占市场份额,降低其市场拓展成本。在国内,我国模块电源企 业倾向通过并购切入下游军工领域。

详见报告原文。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

受篇幅限制,仅列举部分资料。

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