CPES 李泽元教授公开信

March 2017
親愛的朋友們：
1969年，為攻讀電氣工程學科的高等學位，我第一次踏上美国，這片充滿機遇和挑战的土地。

在杜克大學，我有幸師從一位偉大的老師，也是我終生的導師——Thomas G. Wilson教授，並在他的引領下進入了電力電子這個精彩紛呈的世界。

畢業之後，我曾在洛杉磯短暫供職於航空航天產業，但很快就決定將我的事業重心轉到學術研究上來。

我十分幸運地得以在Virginia Tech這片“Hokie”之地开始我的学术生涯，我們夫妻二人也从到达之初的喜欢，越来越深愛上這個座落於藍嶺山間的美麗校園，以及靜謐安詳的黑堡小鎮。

當你在你所喜愛的地方追求你所鍾愛的事業時，時光荏苒有如白駒過隙。

今年已是我來到弗吉尼亞州黑堡的第四十年。

在過去的四十年裏，我非常有幸能夠與許多才華橫溢的教職員工和研究生共事，他們时时觸動着我的心靈，激蕩着我的创意，影响了我人生的许多方面。

我要特別感謝在過去三十年協助我管理CEPS，值得信賴的夥伴和摯友Dushan Boroyevich教授, 他堅定不移的支持，彼此之间的深厚友誼，是我永遠的依靠。

謝謝Teresa Shawn女士, 她不仅專注工作并有驚人的活力，且胸懷寬廣，有容人之量。

感謝陳徳玉教授深遠的友誼,從Duke 的研究院直到Virginia Tech的共事。

感謝敦和睿智的Daan VanWyk教授。

感謝Bo Cho博士, Ray Ridley博士, Ming Xu(徐明)博士, Paolo Mattavelli博士,和Qiang Li(酈強)博士, 以及其他很多曾與我親密共事，富有才華的教職人員。

謝謝Linda Long女士 和Ann Craig女士, 她們管理財務相关事务的认真和专业，尤其是在NSF ERC（美國自然科學基金工程研究中心）运行期间， 一直為我分憂解難。

感謝Beth Trenter女士的不懈努力，使CEPS成為诸多NSF ERC中“教育及聯合培養方面”的楷模。

还有许多为CPES 发展做出贡献的同事和朋友，不勝枚舉，铭记于心，一并致谢。

我深以我的學生以及他們在各自工作崗位上取得的傑出成就为傲，他們永远是我自豪的源泉。

我也很幸運能和來自世界各地的傑出訪問學者們共事，并能夠通過研究中心與工業界的合作夥伴項目，與全球眾多享有盛譽的公司合作。

正是他們貢獻了创意和時間并慷慨捐贈，襄助我們成為電力電子科研領域的佼佼者，亦成為同儕們尊敬和羨慕的對象。

邁向人生下一階段的時刻悄然而至，我已将CPES掌門人的重任交給CPES過去二十年間的協同管理者——Dushan Boroyevich 教授，由他继续帶領研究中心走向未來。

我会作為榮譽退休教授留在Virginia Tech, 兼職與各位同仁一起工作、共同指導學生。

同时，也期待有更多时间享受美好生活。

衷心感謝大家在過去四十年間所有慷慨無私的支持，並借此機會，與你們分享我的一些思考和展望。

PERG/VPEC/CPES 重要回顧——四十年發展歷程
始於微時
1977年，我接受Virginia Tech聘书，开始教学与科研生涯。

當時校方只希望我可以修復一輛本地電力公司贈送給電機系的電動汽車。

然而我並沒有僅僅著眼於修好這輛汽車，而是同其他幾位同事合作，爭取到一項美國能源部的科研基金，利用第一代巨型晶體管和永磁直流無刷電機，研製出一套全新的電動汽車驅動系統。

从此，這个研究成果，引領了電動汽車驅動系統設計方向。

1979年，Dan Chen(陳德玉)教授開始在電機系任職，我與陳教授組建了一個名為PERG (Power Electronics Research Group) 的研究小組。

在與Naval Ocean Systems Center合作項目中，我們首次提出并成功研製了一套晶體管多電平級聯逆變器，给潛艇通訊超低頻發射放大系統供電。

這項技術也最終在上世紀九十年代被前Westinghouse子公司, 如今西門子麾下的Robicon公司商品化, 广泛應用於中壓变频電機驅動。

在过去四十年間，全球各領域都經歷了翻天覆地的變化。

電力電子技術在信息技術、工業自動化、基礎設施建設、以及各種交通方式的電氣化改造等领域，都發揮著舉足輕重的作用，使許多重要的工業變革成為可能，也進而對現代社會发展產生了深遠影響。

在Virginia Tech 開展電力電子研究之初，全美只有極少數大學開設了這一学科，真是機事難遇，時不可逢！在學校的大力支持下，我們研究小組一直在這些技術浪潮中保持領先，並促進了這些技術向市場應用的轉變。

VPES (Virginia Power Electronics Center)
PERG在1983年更名VPEC。

與此同時，工業界與學校的合作夥伴項目初立，該項目旨在建立能夠滿足企業需求的研究方案，使工業界得以從研究中心的科研成果和觀點中獲益。

此後數年中，Bo Cho教授和Vatché Vorpérian教授曾先後在VPEC擔任教職。

研究中心業已找準定位，迎接接踵而至的計算機和通訊產業的迅猛發展。

VEPC率先提出了“軟開關”的概念，並取得了全球首個 “零電壓開關”專利。

隨後數年中，研究中心提出了一系列軟開關技術, 如準諧振技術、多諧振技術、以及基於脈寬調製的軟開關技術，獲得二十多項美國專利。

這些技術顯著降低了開關損耗，有效解决了應力、噪聲、電磁干擾等問題，实现了电力电子设备的高效、高可靠性，并大幅减低了成本。

軟開關技術也因此成为現代電力電子設備的核心技術，广泛应用于信息、軍事、航空航天、商業及工業等领域。

1987年，VPEC经過激烈角逐, 成為隸屬於弗吉尼亞州創新技術中心(Virginia Center for Innovative Technology, CIT)的弗吉尼亞州立技術研發中心(Virginia’s Technology Development Centers)，致力於推動弗吉尼亞州的經濟發展。

同年，Ray Ridley博士畢業后留在VPEC并擔任實驗室助理主任。

High-power Infrastructure Technologies
1990年，Dushan Boroyevich教授加入VPEC后，作为推动基礎設施升级换代的大功率電力
電子技術，成为研究中心新的研发熱點。

我们从此開始了以超級計算機供電系統为核心大
功率电力电子技術的创新研究，并應用於先進基礎設施， 如：和平號載人空間站，交通
運輸領域的電氣化飛機、電氣化艦船等。

研究中心也因此得到了IBM、美國航空航天局NASA、國防部、能源部，以及美國海軍的多項專款支持。

1994年Alex Huang(黃勤)教授的加入，更是将該領域的研究提升到新的高度。

Power Electronics Building Blocks(PEBB)
為了通過使用高集成度功率模塊以加速系統層面的設計和集成，研究中心在海軍科研辦公
室的資助下開展了“Power Electronics Building Blocks (PEBB)”的研究。

這個概念經過反復論
證后提出并实施，而今已成為眾多大功率應用中的標準技術。

之后，VPEC在”高集成度功率模塊”方向的研究，成功开启了下一個更辉煌的十年計劃。

CPES (The Center for Power Electronics System)
1998年建立，并成為美國自然科學基金下屬工程研究中心。

CPES的使命是把微電子集成電路領域中的集成概念推廣到功率電力電子模塊上，以加速
系統層面的研發和集成。

CPES由Virginia Tech領導，聯合 University of Wisconsin‐Madison, Rensselaer Polytechnic Institute, North Carolina A&T State University, University of Puerto Rico‐Mayaguez等院校，与96家企業組成的工業聯盟共同合作，成功研製了適於自動化生產的各類先進集成功率电
力电子模塊，顯著提升了電、熱特等关键性能。

这个成果也为智能功率模塊的應用奠定了
技术基础，如今智能功率模塊已廣泛應用于電動、混合動力汽車，以及超過60%的小型調
速電機中。

集成功率模塊技術，也在2000年开始应用于信息技術產業，其中一個典型案
列就是“DrMOS”，即把功率場效應管和驅動、控制都集成起來，大幅提升了电源转换效率。

為英特爾處理器供電的多相並聯電壓調節器技術也始於CPES。

我們先后探索了功率傳輸
架構、模塊化、擴展性、控制和採樣、磁集成、先進封裝和集成等關鍵技术領域，并產出
了25項美國專利。

今天，我們的创新技術已被應用在每一片微處理上，並正拓展到高端
顯卡、內存、網絡通訊，以及各種形式的移動通訊中。

CPES 影响力不断增强，一批傑出教授纷纷加盟，有Daan Van Wyk教授，Khai Ngo教授，Ming Xu(徐明)教授，Fred Wang(王飛)教授，还有Rolando Burgos教授。

他們的加入進一步
提升了我們在電路設計、磁設計、封裝，以及系統集成等很多領域的研发實力。

CPES被美國自然科學基金評為模範工程研究中心，以表彰我們在與工業界合作、技術轉化、教育和聯合培養方面的垂範作用。

我們的發展模式，也被歐洲、日本和中国的科研機構借鑒和学习。

后ERC時代
2008年，CPES完成了十年的自然科學基金項目，并呈现出自給自足、持续成長的巨大潛力。

我們創立的“高級會員和共享專利的合作模式”平台是成功的关键。

该模式保障了我们
的工業聯盟項目持續拓展。

通過這個平台，企業不仅可以資助研究生獎學金，为企业储备
人才，而且可以将研究目标引導到共同關注的方向， 能有效集中资源挑战更高及长远的
目标，还能無償共享专利。

如今已有越来越多的企业申请加入，该联盟正迅速發展壯大。

CPES还把工業界的資助按照技术领域分成若干子項目，以利內部協同工作和團隊合作。

目前有三個子項目在运作，就是大家熟知的Power Management (PMC), High Density Integration (HDI)和Wide‐Bandgap High‐Power Converters and Systems (WBG‐HPCS)。

這一時期，Paolo Mattavelli教授和Qiang Li(酈強)教授也相繼加入CPES.
工業聯盟合作夥伴項目
我們創立的“工業聯盟夥伴項目”的首要目標是研發前沿技術，為參與的夥伴開發未來更具
競爭力的创新解决方案。

与當下将已有技術商業化的傳統合同制合作項目，有本质差异。

同时CPES 也积极拓展将已有技术商业化，为企业争取实时效益。

1983年至今，有超過215家遍布全球各地的企業從我們的研究成果和專利中獲益。

這是CPES獨特的發展模式，也是我們在教育、科研、聯合培養、業界合作以及技術轉化等方
面推陳出新的重要驱动力。

與工業界的良好互動促进了研究中心過去35年在前沿領域的
积极探索和不断創新。

迄今為止，我們從工業聯盟項目中累計獲得叁仟壹佰萬美金的無償捐贈及眾多企業資助的
合作項目。

僅2016年，工業聯盟就捐贈二百五十萬美金，資助了四十餘位研究生。

研究中心現有5位終身教授，50位研究生，8‐10位科研人員；每年接纳10‐15位訪問教
授和訪問學者。

穩定和不断增加的資金流，成就了我們研发中心今天的规模，工業界的长期支持更是我们
發展强大動力。

新的重大挑戰
如今，世界已發展到了新能源時代。

将大量的、各種形式的新能源接入傳統電網以實現能
源可持續发展成為了摆在我们面前的全新而巨大的挑戰。

同时，新能源的大量接入給電力
電子技術的發展也帶來了前所未有的新契機。

如新的電網結構、新能源的網間互聯、離岸
風能的並網；用於直流和交流電網的多電平級聯變換器技術、高壓直流電力傳輸、驅動和
智能電網中的固態變壓器、大規模電池儲能；以及新的系统控制技術等。

展望未来，願景輝煌。

面对时代赋予我们的伟大机会，為了使CPES能夠繼續引領這場全新的變革，我已把CPES 領導權交給我的事业伙伴，Dushan Boroyevich教授， 也是研究中心過去二十年的共同管理者，领导這場偉大的變革。

他定将不负使命，
美好願景的實現永远離不開学校有关部门的鼎力支持，包括新增終身教授職位以及配备各種資源。

至於我本人，也将继续留在團隊，期待并見證這場變革。

結語
研究中心過去四十載的發展壯大，離不開無數才華橫溢、矢志不渝的學生、老師和團隊。

四十多年來，有超過150名博士生和170名碩士生從這裡畢業。

他們當中很多人已成為各個領域的領導者。

其中還有很多有志之士選擇創業，目前已有兩個公司成功上市。

研究中心累计接納了150多位訪問教授和訪問學者，他们中许多人也已成为著名教授、学科领军人才。

除了工業聯盟的成功運作，我們還完成了超過875項政府資助、企業資助的科研項目。

并累計獲得一億五千萬美金的經費資助。

从成立至今，研究中心發表了3100餘篇學術論文、碩士論文、博士論文和18冊研究論文集；申請了280項專利，其中100項专利成功获证。

回顧過往，我慶幸我選擇了電力電子和教書育人, 也由衷的感謝Virginia Tech的倾力支持和我們的電力電子夢之隊。

李澤元
Virginia Tech傑出教授
電力電子系統中心主任。