Аннотация
Область применения систем питания оптическим излучением (СПОИ) значительно шире по сравнению с традиционными системами. Но, как и любая система питания, она характеризуется уровнем коэффициента полезного действия (КПД), по которому можно судить об эффективности работы в целом. Уровень КПД системы питания измерительных устройств оптическим излучением напрямую зависит от работы элементов, образующих систему. Главную позицию в системе занимает фотовольтаический преобразователь (ФВП), который выполняет функцию преобразования лазерного излучения в электрическую энергию. Изучив текущее положение производства ФВП, было выявлено, что ведущими производителями этих элементов являются зарубежные компании. Уровень их коэффициента полезного действия превышает 50%, в то время как опытные образцы отечественного производства имеют уровень КПД около 30%. Возникает необходимость в проведении исследования факторов, влияющих на эффективность работы преобразователя и модернизации существующей модели ФВП. В данной статье были рассмотрены факторы, от которых зависит уровень КПД фотовольтаического преобразователя, приведены методики и рекомендации их снижения или полного исключения вероятности их появления. Основная цель данной работы заключалась в выборе оптимальной структуры для дальнейшей технологической проработки. Для наглядности приведены варианты конструктивных особенностей электродов, обеспечивающих различный уровень КПД фотовольтаического преобразователя. В результате работы был проведен анализ и выбор конструкции ФВП, обеспечивающей наибольшую эффективность в составе СПОИ. Наибольший уровень КПД опытного образца составил около 50%. Исходя из полученных результатов, можно судить о дальнейшем развитии СПОИ на базе отечественного производителя моделей ФВП.
Ключевые слова
гетероструктура, фотовольтаический преобразователь, система питания оптическим излучением, световой поток, коллимирование излучения, лучевая оптика, волоконные светодиоды
1. Задворнов С.А., Соколовский А.А. О пожаро- и взрывобезопасности волоконно-оптических гибридных измерительных систем // Датчики и системы. 2007. № 3. С. 11-14.
2. Пат. 200668 Российская Федерация, МПК H02S 40/30. Устройство питания электронных устройств оптическим излучением / Соколовский А.А., Моисеев В.В., Земцов А.И.; заявитель ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет». №2020116854, заявл. 19.05.2020, опубл. 05.11.2020.
3. Задворнов С.А. Исследование методов построения гибридных волоконно-оптических измерительных систем: дис. ... канд. техн. наук. 01.04.01 / Задворнов Сергей Александрович. Москва, 2009.
4. Характеристики систем питания электронных устройств с оптическим излучением / А.А. Соколовский, В.В. Моисеев, Д.И. Ковалев, А.И. Земцов // Электротехника. 2020. № 8. С. 42-45.
5. Соколовский А.А. Оптоэлектронные измерительные системы для высоковольтных установок на основе фотовольтаических преобразователей// Измерительная техника. 2019. № 8. С. 37-41.
6. Инструкция к фотовольтаическому преобразователю AFBR-POCxxxL-DS. 2019. URL: https://docs.broadcom.com/docs/AFBR-POCxxxL-DS (дата обращения 29.11.2024)
7. Series of Photovoltaic Converters Based on Semiconductors with Intrinsic Photoconductivity / R.I. Vorobey, O.K. Gusev, A.L. Zharin, K.U. Pantsialeyeu, A.I. Svistun, A.K. Tyavlovsky, K.L. Tyavlovsky, L.I. Shadurskaya // Devices and Methods of Measurements. 2021. No. 2(12). Pp. 108-116. doi: 10.21122/2220-9506-2021-12-2-108-116
8. Использование эпитаксильного арсенида галлия в детекторах / В.М. Залетин, Ю.В. Тузов, В.Ф. Дворянкин, А.А. Соколовский // Атомная энергия. 2007. Т. 103. №5. С. 322-326.
9. Low-Resistance Nonspiking Ohmic Contact for AlGaAs/GaAs High Electron Mobility Transistors Using the Ge/Pd Scheme / L.C. Wang, S.S. Lau, E.K. Hsieh, J.R. Velebir // Applied Physics Letters. 1989. Vol. 54. Pp. 2677-2679. doi: 10.1063/1.101032
10. Захарченко Р.В. Физико-технологические особенности формирования омических контактов для оптоэлектронных приборов на основе GAN: дис. … канд. техн. наук. 05.27.01 / Захарченко Роман Викторович. Москва, 2020.
11. Соколовский А.А. Микрооптические элементы и устройства для волоконно-оптических измерительных систем: дис. ... д-ра техн. наук. 01.04.01 / Соколовский Александр Алексеевич. Москва, 2009.
12. Соколовский А.А., Моисеев В.В. Фотовольтаические характеристики светодиодов с двумя последовательными p-n-переходами // Письма в Журнал технической физики. 2021. Т. 47. № 1. С. 47-50.
Андреева О.А., Земцов А.И., Мигунова Л.Г. Конструктивные особенности фотовольтаического преобразователя для систем питания оптическим излучением с увеличенным коэффициентом полезного действия // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 4(65). С. 25-30. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-4(65)-25-30