基于激光的無線電力傳輸（LWPT）技術(shù)被認(rèn)為是一種相對較新的技術(shù)，可用于無人飛行器和軌道衛(wèi)星等遠(yuǎn)程無線電力傳輸應(yīng)用中。1,2LWPT系統(tǒng)具有兩個(gè)主要組件：激光二極管（LD）和光伏（PV）陣列，如下圖所示。3在任何應(yīng)用中，都必須考慮系統(tǒng)的端到端效率。該系統(tǒng)效率包括LD和PV陣列的效率，因?yàn)樗鼈冐?fù)責(zé)限制已實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的效率。關(guān)于LWPT技術(shù)的大多數(shù)最新研究主要集中在設(shè)模擬備級技術(shù)和硬件實(shí)現(xiàn)上。但是，有一些研究著重于增強(qiáng)LD和PV陣列的效率特性，因此整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)效率特性仍然是模棱兩可的。[這里是IEEE的文章]

圖1：基于激光的無線電力傳輸（LWPT）

為了檢查系統(tǒng)效率特性，本文中的LWPT系統(tǒng)被建模為光耦合DC / DC轉(zhuǎn)換器，如下圖所示。從圖中可以清楚地看出，電流對LD的性能有直接影響，因此，理論上分析并通過實(shí)驗(yàn)測量了由于輸入電流引起的系統(tǒng)效率。結(jié)論是，系統(tǒng)效率會(huì)受到LD輸入電流的占空比的影響，這對LWPT技術(shù)領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。借助于不同輸入電流占空比條件下發(fā)射功率與系統(tǒng)效率之間的關(guān)系，可以為系統(tǒng)控制方法提供指導(dǎo)。考慮到上述情況，可以通過有效利用LD和PV電池來優(yōu)化系統(tǒng)。

圖2：等效電路

系統(tǒng)效率特性的理論分析

勞工處的效率特征

在無線電力傳輸應(yīng)用中，LD可以通過連續(xù)電流（CC模式）或脈沖電流（脈沖模式）供電。4下圖3（頂部）顯示了在CC和脈沖模式下LD的關(guān)鍵波形。首先，我們研究LD效率與其輸入電流的關(guān)系，因?yàn)長D的性能受其輸入電流的影響。從下圖（下圖）可以明顯看出，對于相同的輸出光功率，LD輸入電流的占空比越小，LD的效率越高。

圖3：測試測量

光伏陣列的效率特性

以脈沖模式驅(qū)動(dòng)LD具有高效率的優(yōu)勢。因此，研究PV陣列的效率如何隨連續(xù)脈沖入射光功率變化而變化的機(jī)制是很自然的。PV陣列在最大功率點(diǎn)的電壓和電流取決于輻照度和電池溫度。

在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，輻照度為1,000 W / m2，電池溫度為25?C。

溫度升高會(huì)降低PV電池的效率。為了克服該問題，在LWPT系統(tǒng)中使用了冷卻系統(tǒng)以將電池的溫度保持在盡可能最低的水平。該冷卻系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)PV電池的最佳性能。因此，可以得出結(jié)論，溫度可以忽略。

下圖顯示了在不同激光脈沖占空比下效率與入射光功率的關(guān)系圖。從圖中可以很容易地看出，占空比越小，效率越高。因此，可以得出結(jié)論，為使PV電池在高激光強(qiáng)度下高效運(yùn)行，應(yīng)使用脈沖激光照射PV陣列。

圖4：光伏效率

系統(tǒng)效率特征

對于LWPT系統(tǒng)，LD和PV陣列中的損耗是導(dǎo)致系統(tǒng)而不是其他組件的主要因素。因此，系統(tǒng)的效率取決于LD和PV的效率。如前所述，在專用PV電池的情況下，占空比對LD和PV陣列的效率具有相同的影響。因此，系統(tǒng)效率將隨著占空比的降低而提高。

結(jié)論

在本文中，我們討論并研究了LWPT系統(tǒng)。關(guān)于此系統(tǒng)的研究很少，本文已考慮了這些研究。簡而言之，系統(tǒng)效率與LD輸入電流的占空比直接相關(guān)。占空比越小，系統(tǒng)效率越高。因此，控制脈沖激光器的占空比是優(yōu)化系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。

參考文獻(xiàn)
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