用于激光无线能量传输的MPPT集成仿真系统

在激光无线能量传输(LWPT)中,传能激光波长、光功率和光电池温度对光电池的输出特性有显著影响,最大功率跟踪(MPPT)技术可解决上述等因素造成的功率失配问题,提升系统的DC-DC效率.构建了针对LWPT的MPPT集成仿真系统,耦合了波长、光功率和温度对GaAs光电池输出特性的综合影响,可以同时分析光电池在功率匹配、功率失配和MPPT调制等多种条件下的输出特性.基于该仿真系统,研究了光电池在不同波长、光功率和温度条件下的物理规律.波长增大时,在850 nm左右转换效率ηmax达到最大值为50％,波长继续增大,光子能量小于GaAs禁带宽度导致ηmax迅速下降.功率增大时,η max基本不变,最大功率匹配电阻RLmax减小.温度升高时,ηmax和RLmax均持续下降.此外,研究了光电池在功率失配时的输出特性,此时光电池的转换效率对比功率匹配时均有不同程度的下降.根据光电池的输出特性在仿真系统设计了 MPPT电路,利用时间扰动算法进行最大功率跟踪.光电池在MPPT系统调制后均可工作在功率匹配时的最大功率点,且光电池能源利用率达到99.93％.研究结果对用于激光输能有重要指导意义.