基于激光的無線電力傳輸(LWPT) 技術被認為是一種相對較新的技術，可用于遠程無線電力傳輸應用，例如無人機和軌道衛星。1,2LWPT 系統有兩個主要組件：激光二極管 (LD) 和光伏 (PV) 陣列，如下圖所示。3在任何應用中，都必須考慮系統的端到端效率。該系統效率包括 LD 和 PV 陣列的效率，因為它們會限制所實施系統的效率。大多數關于 LWPT 技術的最新研究主要集中在設備級技術和硬件實現上。然而，有一些研究側重于增強 LD 和 PV 陣列的效率特性，因此整個系統的系統效率特性仍然不明確。[給你 IEEE 文章]

圖 1：基于激光的無線電力傳輸 (LWPT)

為了仔細檢查系統效率特性，本文中的 LWPT 系統被建模為一個光耦合 DC/DC 轉換器，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，因此對輸入電流引起的系統效率進行了理論分析和實驗測量。得出的結論是，LD輸入電流的占空比會影響系統效率，這對LWPT技術領域有一定的貢獻。借助不同輸入電流占空比條件下傳輸功率與系統效率之間的關系，可以為系統控制方法提供指導。考慮到上述情況，可以通過有效利用LD和PV電池來優化系統。

圖2：等效電路

系統效率特性的理論分析

LD的效率特性

在無線電力傳輸應用中，LD可以由連續電流（CC模式）或脈沖電流（脈沖模式）供電。4下圖3（上）顯示了在CC和脈沖模式下LD的關鍵波形。首先，我們研究了 LD 效率與其輸入電流的關系，因為 LD 的性能受其輸入電流的影響。從下圖（下）可以看出，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

以脈沖模式驅動 LD 具有高效率的優勢。因此，研究光伏陣列的效率如何隨連續脈沖入射光功率變化的機制是很自然的。光伏陣列在最大功率點的電壓和電流取決于輻照度水平和電池溫度。

在標準環境條件下，輻照度水平為 1,000 W/m2，電池溫度為 25?C。

溫度升高會降低光伏電池的效率。為了克服這個問題，LWPT 系統中使用了冷卻系統，以將電池溫度保持在盡可能低的水平。該冷卻系統有助于實現光伏電池的最大性能。因此，得出結論可以忽略溫度。

下圖顯示了不同激光脈沖占空比下效率與入射光功率的關系圖。從圖中可以很容易地看出，占空比越小，效率越高。因此，得出的結論是，為了在高激光強度下 PV 電池的有效性能，PV 陣列應該由脈沖激光照射。

圖 4：光伏效率

系統的效率特性

對于 LWPT 系統，LD 和 PV 陣列的損耗是系統的主要影響因素，而不是其他組件。所以系統的效率是由LD和PV的效率決定的。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，系統效率將隨著占空比的降低而提高。

結論

在本文中，我們討論并研究了 LWPT 系統。關于該系統的研究很少，本文已將這些研究考慮在內。簡而言之，系統效率與LD輸入電流的占空比直接相關；占空比越小，系統效率越高。因此，控制脈沖激光器的占空比是優化系統效率的關鍵因素。

審核編輯：郭婷