幾個月之前，Vicor CEO Patrizio Vinciarelli獲得了2019年IEEE William E.Newell電力電子獎，該獎項旨在獎勵為分布式電源系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)提供高效率，高功率密度的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)。

為此，IEEE電力電子雜志（IEEE Power Electronics Magazine）專訪了Patrizio Vinciarelli，就其傳奇的經(jīng)歷與Vicor和電力電子技術(shù)的發(fā)展史做了一些闡述。以下是文章詳情。

Vinciarelli是一位有著豐富教學經(jīng)驗與產(chǎn)業(yè)實踐的物理學家，三十多年來一直是電力電子領(lǐng)域的領(lǐng)導者（圖1）。從零電流，零電壓開關(guān)技術(shù)到更高效的配電和集成封裝以及更高效的產(chǎn)品，Vinciarelli所領(lǐng)導的Vicor不斷提高電力系統(tǒng)設(shè)計和制造的標準，將電力電子技術(shù)推向新的高度。自1981年成立以來每十年就會給公司帶來巨大革新，憑借其獨特的商業(yè)模式和戰(zhàn)略，該公司已成功發(fā)展了30多年。如今，它擁有1,000名員工，凈收入超過3億美元。該公司提供廣泛且高效、高密度電源模塊產(chǎn)品組合，可滿足各種高性能應(yīng)用的需求，使客戶能夠高效地轉(zhuǎn)換和管理從墻上插頭到負載點（POL）的電源。

圖 1 Vicor創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Patrizio Vinciarelli博士

新方向

在進軍電力電子領(lǐng)域之前，Vinciarelli是新澤西州普林斯頓高級研究所的研究員，也是普林斯頓大學的講師。在普林斯頓之前，他曾在斯坦福線性加速器中心和歐洲核研究中心工作。 1970年，他在意大利羅馬大學獲得物理學博士學位后，在理論物理學方面進行了近10年的研究，他發(fā)現(xiàn)在他所處的物理學領(lǐng)域進展緩慢，所以便去尋求新的挑戰(zhàn)。

當他還在從事物理領(lǐng)域工作時，某一天在家里播放古典音樂，突然立體聲系統(tǒng)崩潰了，當他打開功放檢查時，發(fā)現(xiàn)是電源系統(tǒng)發(fā)生了故障，也正因此，他走向了電力電子的新市場。“意想不到的事件會激勵人們走向新的方向，這就是發(fā)生在我身上的事情。”他說道。

1981年，Vicor公司成立，但Vicor不只是一家電源制造商，Vinciarelli通過基礎(chǔ)創(chuàng)新實現(xiàn)變革，把半導體技術(shù)引入到電力能源行業(yè)中。

以往，電源是定制組件，具有很小的靈活性或可擴展性，效率低，功率密度低。因此，他決定開發(fā)一種模塊化電源系統(tǒng)方法，并為電力系統(tǒng)創(chuàng)建高密度的電源模塊，這些模塊可以通過性能的數(shù)量級改進實現(xiàn)輕松的擴展。Vinciarelli解釋說Vicor的重點是從墻上插頭到負載點的完整模塊化解決方案：“它與當時電源公司的電源模塊完全不同。”

對行業(yè)的貢獻

在20世紀80年代早期，電源的開關(guān)頻率低于100 kHz。Vicor決定采用其專利的零電流零電壓開關(guān)技術(shù)將頻率提升至1 MHz。

最終的設(shè)計成果是一個75 W DC-DC磚式電源，工作頻率為1 MHz，效率為80％，功率密度為25 W/立方英寸（圖2）。雖然按今天的標準來說這個性能很低，但它遠遠超過了1984年同期產(chǎn)品。35年后，Vicor提供的產(chǎn)品效率已高達98％和密度為3,000 W /立方英寸的產(chǎn)品。

最近Vicor的新品是一個三相交流-直流轉(zhuǎn)換器模塊（圖3），能夠在1.5厘米的薄型功率平板電腦中提供10千瓦的穩(wěn)壓48伏直流電。為了實現(xiàn)三相10kW交流-直流模塊的這種性能水平，該轉(zhuǎn)換器結(jié)合了功率轉(zhuǎn)換拓撲，控制架構(gòu)和高級專用集成電路（ASIC）和封裝技術(shù)的創(chuàng)新。

圖2，Vicor第一款產(chǎn)品。一個兆赫茲開關(guān)頻率的75W dc-dc轉(zhuǎn)換器模塊，最低效率為80％，功率密度為25 W/立方英寸，它于1984年推出。


圖3，三相AC-DC轉(zhuǎn)換器模塊，能夠以平板電腦大小模塊提供10 kW的穩(wěn)壓48 Vdc。

在開創(chuàng)零電流和零電壓開關(guān)拓撲之后，Vinciarelli繼續(xù)開發(fā)分比功率架構(gòu)FPA（Factorized Power Architecture），作為中間母線架構(gòu)IBA（Intermediate Bus Architecture）的替代方案，該架構(gòu)旨在為最先進的處理器，ASIC和內(nèi)存供電。與IBA不同，F(xiàn)PA無需通過串聯(lián)電感從中間總線電壓降至POL負載。“FPA使用電流增益為48：1或更高的電流倍增器模塊，以提供更高的效率，更小的尺寸，更快的響應(yīng)，高達1000A甚至更高電流的可擴展性。”Vinciarelli解釋說。

除了開發(fā)用于實施FPA的電源轉(zhuǎn)換模塊之外，Vicor還開發(fā)了自己的控制ASIC，并將其應(yīng)用在先進的封裝中，以創(chuàng)建業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品，例如轉(zhuǎn)換器級封裝（ChiP）模塊。 ChiP模塊的功率密度為3 kW / 立方英寸，峰值效率高達98％。根據(jù)Vinciarelli的說法，ChiP技術(shù)可以讓電源類產(chǎn)品也能獲得類似晶圓級封裝的能力，這得益于Vicor領(lǐng)先的電源管理專業(yè)知識和世界一流的制造能力。

隨著人工智能（AI），機器學習和數(shù)據(jù)挖掘等高性能應(yīng)用的不斷增長的需求，POL的CPU和GPU在需要更高的電流和功耗。傳統(tǒng)的多相轉(zhuǎn)換器和IBA無法滿足高性能處理器所需的更高電流要求。Vicor采用FPA架構(gòu)和模塊化電流倍增器，以及新型電源級封裝技術(shù)，可實現(xiàn)48 V直接轉(zhuǎn)換為處理器電壓，具有前所未有的效率和帶寬。功率密度是使用傳統(tǒng)IBA架構(gòu)的同類產(chǎn)品的兩倍多（圖4）。

圖4，Vicor的power-on-package圖表，正在重新定義用于要求苛刻的高性能計算應(yīng)用的POL規(guī)則。

批量制造和擴張

自20世紀80年代后期以來，Vicor一直致力于自動化制造，其世界一流的制造工廠位于馬薩諸塞州的安多弗，公司總部同樣位于馬薩諸塞州。Vicor產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性對其成功至關(guān)重要，并在公司的設(shè)計和制造過程中反復得到加強。早期，該公司致力于滿足苛刻的應(yīng)用需求，更好的性能可以讓公司與客戶都接受更高的成本。在過去的十年中，該公司已經(jīng)擴大了批量自動化制造，以提高在行業(yè)中的成本競爭力。“我們的成本結(jié)構(gòu)可以確保提供更高性能的采訪同時，保持著極具競爭力的價格”Vinciarelli說。

互聯(lián)網(wǎng)泡沫破滅后的2000年開始，給Vicor帶來了前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。直到1999年，Vicor近70％的業(yè)務(wù)都是電信業(yè)，泡沫促使模仿競爭對手的數(shù)量不斷增加（每隔幾周誕生一家），以追求看似成功的道路。泡沫的爆發(fā)促使Vicor在多個終端市場上實現(xiàn)業(yè)務(wù)模式的多樣化，充分利用知識產(chǎn)權(quán)（IP）全面保護電力技術(shù)的重大進步，實質(zhì)上是開創(chuàng)了競爭對手無法追隨的道路。

于是Vicor被迫更加強化其知識產(chǎn)權(quán)工作，從這些知識產(chǎn)權(quán)中獲得了大量許可收入和侵權(quán)賠償。為了保持設(shè)計和制造團隊的積極性，該公司提供了一個充滿激情和挑戰(zhàn)的環(huán)境，通過股票等激勵手段，促進每個人的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

至于與氮化鎵（GaN）相關(guān)的發(fā)展的問題，Vinciarelli認為硅的壽命很長。雖然某些功率半導體公司聲稱硅已接近尾聲，并且GaN場效應(yīng)晶體管是滿足先進電力系統(tǒng)需求所必需的，但Vinciarelli持不同觀點。“GaN不是一種可以滿足所有電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)的神奇子彈，”他說道，“GaN FET只適用于某些應(yīng)用，并不適用于需要高效配電、轉(zhuǎn)換拓撲和模塊化電源封裝的電源系統(tǒng)級解決方案，而這些是電力系統(tǒng)必要的推動因素。”

憑借近一百五十項專利，Vinciarelli在公司管理和產(chǎn)品開發(fā)方面發(fā)揮著積極作用。為人工智能處理器提供高效的<1V、高達1,000 A的電源產(chǎn)品，這是極具挑戰(zhàn)的，但是Vicor面對并且化解了這些挑戰(zhàn)。正如他所說，“這非常令人興奮。”