驱动器电路和用于提供脉冲的方法与流程

本发明提供了一种驱动器电路、具有驱动器电路的光学电路以及用于提供脉冲的方法。

背景技术：

1、驱动器电路通常包括将输入电压转换为输出电压的电压转换器。光学电路可以包括激光器。对于通过激光器发出闪光，电压转换器的恒定输出电压可能不适合。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供驱动器电路、具有该驱动器电路的光学电路，以及用于提供适于产生适当输出电压的脉冲的方法。

2、根据实施例，驱动器电路包括具有第一端子和第二端子的第一电感器、具有第一端子和第二端子的第一开关、具有第一端子和第二端子的二极管、输出端子以及具有第一电极和第二电极的第一电容器。第一电感器的第一端子耦合到第一电压端子。第一开关的第一端子经由第一节点耦合到第一电感器的第二端子。第一开关的第二端子耦合到第二电压端子。二极管的第一端子耦合到第一节点。第一电容器的第一电极耦合到二极管的第二端子，并且第一电容器的第二电极耦合到输出端子。

3、有利地，第一电感器经由包括二极管和第一电容器的串联电路耦合到输出端子。通过将第一开关设置处于导通状态，将能量存储在第一电感器中。在将第一开关设置处于非导通状态后，所储存的能量经由串联电路提供给输出端子并在输出端子处产生具有脉冲的输出电压。

4、根据实施例，第一电源电压在第一电压端子处分接，并且第二电源电压在第二电压端子处分接。在示例中，第一电源电压的值高于第二电源电压的值。

5、根据实施例，驱动器电路包括具有第一电极和第二电极的第二电容器。第二电容器的第一电极耦合到二极管的第一端子。第二电容器的第二电极连接到第三电压端子。

6、根据进一步的发展，第三电源电压在第三电压端子处分接。在示例中，第一电源电压的值与第三电源电压的值相等。

7、根据实施例，驱动器电路包括将二极管的第一端子耦合到第一节点的另外的电感器。

8、根据实施例，驱动器电路包括将二极管的第二端子耦合到第一电容器的第一电极的附加电感器。

9、根据实施例，驱动器电路包括耦合到第一开关的控制端子的控制电路。控制电路被配置为在控制持续时间期间将第一开关设置处于导通状态。控制持续时间取决于脉冲宽度调制信号和触发信号中的至少一个信号。脉冲宽度调制信号和触发信号被提供给控制电路。

10、根据实施例，驱动器电路包括具有第一端子和第二端子的第二开关。第二开关的第一端子耦合到第一电容器的第二电极。替代地，第二开关的第一端子耦合到第一电容器的第一电极。第二开关的第二端子耦合到第四电压端子。因此，第二开关的第一端子耦合到输出端子。

11、根据实施例，第一开关和/或第二开关被实现为晶体管，例如场效应晶体管，缩写为fet。该fet可以被实现为结型fet或金属氧化物半导体fet或氮化镓fet(缩写为ganfet)。该晶体管为功率晶体管。

12、根据另外的发展，第四电源电压在第四电压端子处分接。在示例中，第四电源电压的值高于第一电源电压的值和第二电源电压的值。

13、根据实施例，驱动器电路包括采集电路。采集电路被配置为从驱动器电路的另一电路部件或节点重新获取能量。采集电路被耦合到驱动器电路的电压端子中的至少一个。在示例中，采集电路被耦合到驱动器电路的电压端子中的至少两个或至少三个。例如，采集电路被耦合到第二电压端子和第四电压端子。采集电路包括电池。采集电路被配置为向电池提供能量。电池被配置为驱动器电路的能量源。

14、根据实施例，驱动器电路包括与第一电容器并联连接的并联电阻器。并联电阻器将第一电容器的第一电极连接到第一电容器的第二电极。有利地，并联电阻器和第一电容器有助于输出电压的脉冲的形成。

15、根据实施例，驱动器电路包括dc/dc转换器，该dc/dc转换器在其输出侧耦合到第一电压端子至第四电压端子中的至少一个。dc/dc转换器也能被称为dc-dc转换器。

16、根据实施例，dc/dc转换器被配置为提供第一电压端子处的第一电源电压、第二电压端子处的第二电源电压以及第四电压端子处的第四电源电压中的至少一个，使得第三电源电压的值高于第一电源电压的值，并且第一电源电压的值高于第二电源电压的值。

17、根据驱动器电路的实施例，控制电路还耦合到第二开关的控制端子。控制电路被配置为将第二开关设置为在恒定持续时间内处于导通状态。输出电压的脉冲的高度与恒定持续时间无关。

18、根据实施例，负载连接到输出端子。负载将输出端耦合子到第五电压端子。

19、根据实施例，光学电路包括驱动器电路和将输出端子耦合到第五电压端子的第一数量n个激光器。激光器被实现为半导体激光器(例如激光二极管)。例如，激光器被实现为垂直腔表面发射激光器(缩写为vcsel)、外腔表面发射激光器(缩写为vecsel)、光子晶体表面发射激光器(缩写为pcsel)，或边缘发射激光器(缩写为ee激光器)。例如，该激光器是单模激光器。因此，输出端子的负载通过第一数量n个激光器实现。替代地，负载通过至少一个发光二极管实现，例如单个发光二极管、发光二极管的串联电路，或发光二极管的并联电路。如果第一数量n大于1，则第一数量n个激光器能够被实现为单个激光器、激光棒、或者激光棒或单个激光器的堆叠配置。因此，例如，第一数量n个激光器被实现为堆叠设备。

20、在示例中，第一数量n个激光器为可见激光器和/或红外激光器。

21、根据另外的发展，第五电源电压在第五电压端子处分接。在示例中，第四电源电压的值与第五电源电压的值相等。在示例中，dc/dc转换器在其输出侧被耦合到第五电压端子。

22、有利地，光学电路能够在不同的电压范围内使用。该光学电路能够被实现用于最大值在2v至6v范围内或在2.8v至5.5v范围内的电源电压。替代地，该光学电路能够被实现用于最大值在20v至50v范围内或在30v至42v范围内的电源电压。典型的电压值为3.3v、5v或36v。

23、根据实施例，装置包括该光学电路。该装置被实现为光探测和测距系统(缩写为lidar系统)。此外，该装置包括投射光学系统、接收光学系统和光电探测器。例如，电源电压的最大值在20v至50v的范围内或在30v至42v的范围内。

24、根据另外的实施例，装置包括该光学电路并且被实现为增强现实系统或虚拟现实系统。此外，该装置包括反射镜装置和投影光学系统。例如，电源电压的最大值在2v至6v的范围内或在2.8v至5.5v的范围内。

25、在示例中，该装置被配置为用于近眼投影。

26、根据实施例，用于提供脉冲的方法包括将第一开关设置为导通状态，其中第一开关将第一电感器的第二端子耦合到第二电压端子，并且其中第一电感器的第一端子耦合到第一电压端子。此外，该方法包括将第一开关设置为非导通状态。第一电感器的第二端子经由二极管耦合到第一电容器的第一电极，并且第一电容器的第二电极耦合到输出端子，在输出端子处提供具有脉冲的输出电压。

27、上述驱动器电路和光学电路特别适合用于提供脉冲的方法。因此，与驱动器电路和光学电路相关描述的特征能够被用于该方法，反之亦然。

28、根据该方法的实施例，第一开关被设置为在控制持续时间期间处于导通状态，该控制持续时间取决于脉冲宽度调制信号和触发信号中的至少一个信号。输出电压的脉冲的高度随着控制持续时间的值增加。

29、根据该方法的实施例，第二开关将第一电容器的第二电极或第一电极耦合到第四电压端子。第二开关被设置为在输出电压的脉冲的峰值之后处于导通状态。因此，第二开关防止输出电压的脉冲之后的诸如振铃的干扰。

30、根据该方法的实施例，并联电阻器在并联电路中耦合到第一电容器。并联电阻器和第一电容器形成输出滤波器，或者作为用于对输出电压的脉冲进行整形的输出滤波器的部件。

31、根据该方法的实施例，输出电压被施加到第一数量n个激光器。输出电压的脉冲被提供给第一数量n个激光器。第一数量n个激光器在脉冲期间发射光。

32、根据该方法的实施例，将第一数量n个激光器附接到施加有第五电源电压的激光焊盘上。例如，第五电源电压等于参考电位。

33、根据实施例，光学电路被实现为多激光器驱动器加dc-dc电源。驱动器电路被配置为同时驱动多通道激光器，即使在高接合线电感以及由于分档(binning)导致的正向电压变化的情况下也同时驱动多通道激光器。例如，光学电路满足高电流要求。例如，通过激光器的通道中的电流高于40a(例如对于多通道激光器)。有利地，驱动器电路仅以少量噪声和低抖动产生输出电压和激光器电流，且电效率高。抖动是lidar应用的系统问题。lidar是“light detection and ranging(光探测和测距)”的缩写。驱动器电路实现了例如与非开关电源结合使用的浮动电位激光偏置的拓扑。浮动电位降低了在断开状态下电隔离的两个点之间所需施加的电位，这使得挑战电源设计的要求大大降低，并且更加安全和经济。此外，由于在放电阶段期间重新捕获电能，因此光学电路的电效率更高。

34、根据实施例，具有光学电路的装置的设计使用dc/dc转换器，例如，该转换器没有噪声，允许更节能的激光驱动器部分，通过消除高电位而更安全，实现更高的电流源，并且由于不再需要使用升压转换器或昂贵的机架电源，而为用户提供直接的增值。此外，该方法还解决了二极管批次的正向电压分档变化(这可能是系统性能不一致的另一个原因)以及操作期间发生的温度变化。

35、在示例中，光学电路包括四个通道，其由驱动器电路驱动。光学电路克服了接合线电感。由于具有光学电路的装置不需要开关电源或升降压转换器或昂贵的机架电源，因此噪声和系统抖动得以降低。该装置适用于4个、6个等通道激光棒的高功率激光雷达应用(汽车)。该驱动器电路能够被实现为用于驱动多激光器激光雷达系统的模块。

36、在替代实施例中，该装置旨在用于增强现实(缩写为ar)和/或虚拟现实(缩写为vr)的近眼投影。例如，该装置可以被实现为企业、消费者和/或专业消费者应用的ar眼镜和/或vr现实眼镜。

37、在实施例中，光学电路和/或具有光学电路的装置被实现用于ar、vr和眼动追踪中的至少一个。

38、在示例中，飞行时间装置(缩写为tof装置)和/或同时定位和映射装置(缩写为slam)包括光学电路和/或具有光学电路的装置。脉冲激光器可被用于slam和/或tof等，以实现vr应用的房间地图绘制和眼动追踪。

39、在示例中，驱动器电路和/或光学电路围绕激光棒的<5ns脉冲旋转，并可选择每通道<500mw的激光器进行可穿戴设备的能量采集。可见光激光器和红外激光器均与该驱动器电路一起使用。

40、在实施例中，光学电路包括具有第一电感器、第一开关、采集电路和输出端子的驱动器电路。第一电感器具有耦合到第一电压端子的第一端子。第一开关包括第一端子和第二端子。第一开关的第一端子经由第一节点耦合到第一电感器的第二端子。第一开关的第二端子耦合到第二电压端子。输出端子耦合到第一节点。光学电路包括第一数量n个激光器，其将输出端子耦合到第四电压端子。采集电路耦合到驱动器电路的第一电压端子、第二电压端子、第三电压端子和第四电压端子中的至少一个。