CN109391006A - 供能电路以及激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供能电路及激光雷达装置，该供能电路包括：储能模块，与激光器电连接，用于为激光器供能；充放电模块，与外部电源连接，用于对储能模块放电；开关模块，与充放电模块电连接，用于控制充放电模块的工作状态；控制模块，与开关模块电连接，用于根据储能模块的预设储电量产生脉冲宽度调制信号，以控制开关模块的导通和断开；其中，开关模块导通时，充放电模块接收外部电源进行充电，开关模块断开时，充放电模块对储能模块进行放电。本发明的供能电路，根据激光发射所需的电量产生相应的脉冲宽度调制信号控制开关模块的导通与断开的状态，从而控制储能模块的充放电过程，以提供发射所需要的供电量，有效减小激光雷达的功耗。

Description

供能电路以及激光雷达装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种供能电路以及激光雷达装置。

背景技术

在激光雷达中，激光器的激光发射需要供能电路来提供能量，传统的激光雷达的供电方式一般为直接通过高压对激光器供电，但调节电压时响应速度慢，不便于针对不同功率需求的激光器作出调节，因此这种供电模式的电路功耗大，效率较低，浪费电能较多。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种供能电路以及激光雷达装置，可以根据激光发射的电量需求提供电能，有效降低激光雷达的功耗。

一种激光发射电路，应用于为激光雷达装置的激光器供能，包括：

储能模块，与所述激光器电连接，用于为所述激光器供能；

充放电模块，与外部电源连接，用于对所述储能模块放电；

开关模块，与所述充放电模块电连接，用于控制所述充放电模块的工作状态；

控制模块，与所述开关模块电连接，用于根据所述储能模块的预设储电量产生脉冲宽度调制信号，以控制所述开关模块的导通和断开；

其中，所述开关模块导通时，所述充放电模块接收所述外部电源进行充电，所述开关模块断开时，所述充放电模块对所述储能模块进行放电。

在其中一个实施例中，所述控制模块还用于调节所述脉冲宽度调制信号以改变所述储能模块的实际储电量。

在其中一个实施例中，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管Q1的源极接地，所述MOS管的栅极与所述控制模块电连接，所述MOS管Q1的漏极与充放电模块电连接。

在其中一个实施例中，所述MOS管为氮化镓MOS管。

在其中一个实施例中，所述充放电模块包括电感，所述电感一端与所述直流电源连接，一端与所述开关模块电连接；所述储能模块包括电容，所述电容一端接地，一端与所述电感电连接；

其中，所述外部电源为直流电源，所述开关模块导通时，所述电感接收所述直流电源进行充电，所述开关模块断开时，所述电感对所述电容进行放电，以对所述激光器进行供能。

在其中一个实施例中，所述储能模块的预设储电量为所述电容的电容量。

在其中一个实施例中，所述供能电路还包括：

保护模块，连接在所述储能模块与所述充放电模块之间，以防止所述储能模块对地放电。

在一个实施例中，所述保护模块包括二极管，所述保护模块包括二极管，所述二极管的正极与所述充放电模块电连接，所述二极管的负极与所述储能模块电连接。

一种激光雷达装置，包括：

激光器，用于发射激光；

上述的供能电路，与所述激光器电连接，用于为所述激光器供能；

控制器，与所述激光器电连接，用于控制所述激光器的激光发射。

上述激光雷达装置，根据激光器发射激光所需要的电量产生相应的脉冲宽度调制信号，通过脉冲宽度调制信号控制开关模块的导通与断开的状态，从而控制充放电模块的工作过程，以提供激光器发射激光所需要的供电量，有效减小了激光雷达的功耗，避免了能源浪费。

在其中一个实施例中，所述供能电路的预设储电量为根据所述激光器的目标发射功率确定，所述控制模块还用于调节所述脉冲宽度调制信号以改变所述激光器的实际发射功率。

本发明实施例的激光发射电路中，供能电路，根据激光器发射激光所需要的电量产生相应的脉冲宽度调制信号，通过脉冲宽度调制信号控制开关模块的导通与断开的状态，从而控制充放电模块的工作过程，以提供激光器发射激光所需要的供电量，有效减小了激光雷达的功耗，避免了能源浪费。

附图说明

图1为一个实施例中供能电路的模块示意图；

图2为一个另实施例中供能电路的模块示意图；

图3为一个实施例中供能电路的具体结构示意图；

图4为一个实施例中激光雷达装置的模块示意图；

图5为一个实施例中激光雷达装置的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为一个实施例中供能电路的模块示意图，如图1所示，在一个实施例中，一种供能电路100，包括：储能模块110，与激光器电连接，用于为激光器供能；充放电模块130，与外部电源连接，用于对储能模块110放电；开关模块150，与充放电模块130电连接，用于控制充放电模块130的工作状态；控制模块170，与开关模块150电连接，用于根据储能模块110的预设储电量产生脉冲宽度调制信号，以控制开关模块150的导通和闭合；其中，开关模块150导通时，充放电模块130接收所述外部电源进行充电，开关模块150断开时，充放电模块130对储能模块110进行放电。

具体地，供能电路100可以应用在激光雷达装置中，为激光雷达装置中的激光器供能，激光器一般可以为激光二极管等激光发射器件。在供能电路100中，储能模块110与激光器电连接，激光器的功率由储能模块110的储电量确定，储能模块110的电能由充放电模块130放电提供。充放电模块130一端与外部电源连接，一端与开关模块150连接，当开关模块150处于导通状态时，充放电模块130接收外部电源对自身充电，当开关模块150处于断开状态时，充放电模块130将其充电的电量传输给储能模块110，从而使储能模块110为激光器供能。

进一步地，为了使得供电效率提高，减少能源浪费，可以根据激光器的预计功率确定储能模块110的预设储电量，从而通过控制充放电模块130的充电和放电过程，使其对储能模块110的放电量为储能模块110的预设储电量。具体可以通过预设储电量和外部电源的参数，计算达到预设储电量要求时充放电模块130对储能模块110进行放电的占空比，通过控制模块170向开关模块150发送与之相应的脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation，简称PWM)信号，以控制开关模块150导通的占空比，从而实现对充放电模块130充电和放电过程的控制，使其对储能模块110的放电量为储能模块110的预设储电量，不浪费多余电能。

上述供能电路100，根据激光器发射激光所需要的电量产生相应的脉冲宽度调制信号，通过脉冲宽度调制信号控制开关模块150的导通与断开的状态，从而控制充放电模块130的工作过程，以提供激光器发射激光所需要的供电量，有效减小了激光雷达的功耗，避免了能源浪费。

在一个实施例中，控制模块170还用于调节脉冲宽度调制信号以改变储能模块110的实际储电量。

具体的，由于PWM信号具有调节方便快速的特点，所以当激光器的功率需进行调整时，则可以根据调整后的功率计算充放电模块130对储能模块110的放电过程的变化，然后通过控制模块170据此调节其向开关模块150所发送的PWM信号，改变开关模块150导通的占空比，以改变充放电模块130的充电和放电过程，使得充放电模块130对储能模块110的放电量发生改变，即改变储能模块110的实际储电量，从而实现了对激光器功率的快速准确调整，且不会浪费多余的能量。

在一个实施例中，开关模块150包括MOS管，该MOS管的源极接地，MOS管的栅极与控制模块170电连接，该MOS管的漏极与充放电模块130电连接。

具体地，在开关模块150可以为一MOS管，则控制模块170中可以包括MOS管驱动器以及处理器等设备，MOS管可以根据控制装置170发送的PWM信号快速转换导通和截止状态，以实现快速精确地对充放电模块130工作姿态的控制。MOS管的种类和型号可以根据实际激光发射的需求确定，在一个优选的实施例中，上述MOS管为氮化镓(GaN)MOS管。通过使用氮化镓(GaN)MOS管，可以进一步提高为储能模块充电的效率，减小能量损失，降低激光雷达装置的功耗。

在一个实施例中，充放电模块130包括电感，电感一端与直流电源连接，一端与开关模块150电连接；储能模块110包括电容，电容一端接地，一端与电感电连接；其中，外部电源为直流电源，开关模块150导通时，电感接收直流电源进行充电，开关模块150断开时，电感对电容进行放电，以对激光器进行供能。

具体地，充放电模块130可以为一电感，储能模块110可以为一电容，电容及电感的种类和型号可以根据激光器的实际功率需求确定，在一个实施例中，储能模块110的预设储电量即为该电容的电容量。当开关模块150导通时，外部的直流电源输入电感，电感上的电流以一定的比率线性增加，具体比率可以根据电感量的大小确定。随着电感上电流增加，电感中开始储存能量。当开关模块150断开时，电感充电完毕，但由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上截止，而是由充电完毕时的值逐渐变为0，通过电感对电容进行的放电，电容两端电压升高，该电压高于直流电源的输入电压，供能电路100升压完毕开始对激光器进行供能。

图2为另一个实施例中激光发射电路的模块示意图，如图2所示，在上述实施例中激光发射电路的结构基础上，供能电路200包括储能模块210、充放电模块230、开关模块250以及控制模块270，其分别可以与以上实施中的相应结构相同。此外，供能电路200还包括：保护模块290，连接在储能模块210与充放电模块230之间，以防止储能模块210对地放电。

具体地，在供能电路200中，除了上述模块之外，还可以设置保护模块290，保护设备290可以设置在在储能模块210与充放电模块230之间，保护模块290可以防止充放电模块230不对储能模块210进行放电时，储能模块210自身对地放电的情况，以避免电能浪费以及防止电路发生损坏。保护模块290的种类和型号可以根据实际需求确定，在一个优选的实施例中，上述保护模块290可以包括二极管，上述二极管的正极与充放电模块230电连接，二极管的负极与储能模块210电连接，以防止储能模块210对地放电。

图3为一个实施例中激光发射电路的具体结构示意图，如图3所示，在一个实施例中，供能电路300具体包括储能模块、保护模块、充放电模块、开关模块以及控制模块370。其中，储能模块包括电容C1，保护模块包括二极管D1，充放电模块包括电感L1，开关模块包括MOS管Q1。

具体地，控制模块370的输出端与MOS管Q1的栅极电连接，MOS管Q1的源极接地，MOS管Q1的漏极与供能电路中的电感L1电连接，电感L1一端与直流电源连接，一端通过二极管D1与电容C1电联接。电容C1一端接地，一端可以与激光雷达装置的激光器电连接。控制模块370、MOS管Q1、电感L1、二极管D1以及电容C1共同构成升压电路，根据激光器的预计功率确定电容C1的预设电容量，控制模块370根据电容C1的预设电容量产生相应的PWM信号发送给MOS管Q1，MOS管Q1根据接收到的PWM信号在导通状态和截止状态之间切换。

MOS管Q1处于导通状态时，电感L1接收外部的直流电源，电感L1上的电流增加，电感中开始对自身充电。当MOS管Q1处于截止状态时，电感L1充电完毕，电感L1开始对电容C1进行放电，电容C1两端电压升高，供能电路300开始对激光器进行供能，同时二极管D1防止电容C1对地放电，避免电能浪费。控制模块370所发送的PWM信号控制MOS管Q1的导通状态与截止状态的占空比，以控制电感L1对电容C1的充电量，从而使得电容C1获得预设的电容量，与激光器的功率需求相匹配。。

图4为一个实施例中激光雷达装置的模块示意图，如图4所示，在一个实施例中，一种激光雷达装置10，包括激光器540，用于发射激光；供能电路520，与激光器540电连接，用于为激光器540供能；控制器560，与激光器540电连接，用于控制激光器540的激光发射。

具体地，供能电路520可以与上述各实施例中的功能电路相同，供能电路520应用在激光雷达装置10中，激光雷达装置10中包括用于发射激光的激光器540，激光器540具体可以为激光二极管等器件，根据激光器540的预计功率可以确定供能电路中储能模块的预设储电量，从而使控制模块产生相应的PWM信号以控制充放电模块的充电和放电过程，使其对储能模块的放电量等于预设储电量，从而可以根据激光器540的需求提供相应电量，提高了供能的效率，减少了电能浪费。可以理解的是，激光雷达装置10中除了包括激光器540、供能电路520以及控制器560外，还可以包括电源、处理设备、光学接收设备、旋转底座、外壳以及人机交互设备等具体结构。

进一步地，在一个实施例中，供能电路520的预设储电量为根据激光器540的目标发射功率确定，控制模块还用于调节脉冲宽度调制信号以改变激光器540的实际发射功率。当激光器540的功率需进行调整时，则可以根据调整后的功率计算充放电模块对储能模块的放电过程的变化，然后通过控制模块据此调节其向开关模块所发送的PWM信号，改变开关模块导通的占空比，以改变充放电模块的充电和放电过程，使得充放电模块对储能模块的放电量发生改变，即改变储能模块的实际储电量，并且由于PWM信号具有调节方便快速的特点，可以实现对激光器540功率的实时准确调整。

图5为一个实施例中激光雷达装置的具体结构示意图，如图5所示，在一个实施例中，激光雷达装置20包括供能电路620、激光器以及控制器660。其中，供能电路620包括电感L1、二极管D1、电容C1、MOS管Q1以及控制模块626。激光器为激光二极管LD。控制器660包括MOS管Q2以及驱动器U1。

具体地，在激光雷达装置20中，激光器为激光二极管LD，激光二极管LD的负极接地，激光二极管LD的正极与供能电路620中的电容C1电连接，通过电容C1为激光二极管LD提供能量，因此可以根据激光二极管LD的预计功率确定电容C1的预设电容量，控制模块626可以根据电容C1的预设电容量产生相应的PWM信号发送给MOS管Q1，该PWM信号可以控制MOS管Q1的占空比，使MOS管Q1在导通状态和截止状态之间切换，MOS管Q1处于导通状态时，电感L1接收外部的直流电源，电感L1上的电流增加，电感中开始对自身充电。当MOS管Q1处于截止状态时，电感L1充电完毕，电感L1开始对电容C1进行放电，使得电容C1获得预设的电容量，电容C1对激光二极管LD进行供能。激光雷达装置20中还包括稳压二极管D2，稳压二极管D2的正极接地，负极连接在电容C1与激光二极管LD之间，在供能电路620为激光二极管LD供能的过程中起电路保护作用，防止器件损坏。

MOS管Q2和驱动器U1组成控制器660，用于控制激光二极管LD的发射，驱动器U1为MOS管Q2的专用驱动器，驱动器U1的输入端接收发射控制信号，驱动器U1的输出端与MOS管Q2的栅极电连接，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极与激光二极管LD的负极电连接，驱动器U1驱动MOS管Q2以控制激光二极管LD的激光发射。

上述激光雷达装置，根据激光器发射激光所需要的电量产生相应的脉冲宽度调制信号，通过脉冲宽度调制信号控制开关模块的导通与断开的状态，从而控制充放电模块的工作过程，以提供激光器发射激光所需要的供电量，有效减小了激光雷达的功耗，避免了能源浪费。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种供能电路，应用于为激光雷达装置的激光器供能，其特征在于，包括：

储能模块，与所述激光器电连接，用于为所述激光器供能；

充放电模块，与外部电源连接，用于对所述储能模块放电；

开关模块，与所述充放电模块电连接，用于控制所述充放电模块的工作状态；

控制模块，与所述开关模块电连接，用于根据所述储能模块的预设储电量产生脉冲宽度调制信号，以控制所述开关模块的导通和断开；

其中，所述开关模块导通时，所述充放电模块接收所述外部电源进行充电，所述开关模块断开时，所述充放电模块对所述储能模块进行放电。

2.根据权利要求1所述的供能电路，其特征在于，所述控制模块还用于调节所述脉冲宽度调制信号以改变所述储能模块的实际储电量。

3.根据权利要求1所述的供能电路，其特征在于，所述开关模块包括MOS管，所述MOS管的源极接地，所述MOS管的栅极与所述控制模块电连接，所述MOS管的漏极与充放电模块电连接。

4.根据权利要求3所述的供能电路，其特征在于，所述MOS管为氮化镓MOS管。

5.根据权利要求1所述的供能电路，其特征在于，所述充放电模块包括电感，所述电感一端与所述直流电源连接，一端与所述开关模块电连接；所述储能模块包括电容，所述电容一端接地，一端与所述电感电连接；

其中，所述外部电源为直流电源，所述开关模块导通时，所述电感接收所述直流电源进行充电，所述开关模块断开时，所述电感对所述电容进行放电，以对所述激光器进行供能。

6.根据权利要求5中所述的供能电路，其特征在于，所述储能模块的预设储电量为所述电容的电容量。

7.根据权利要求1所述的供能电路，其特征在于，所述供能电路还包括：

保护模块，连接在所述储能模块与所述充放电模块之间，以防止所述储能模块对地放电。

8.根据权利要求7所述的供能电路，其特征在于，所述保护模块包括二极管，所述二极管的正极与所述充放电模块电连接，所述二极管的负极与所述储能模块电连接。

9.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：

激光器，用于发射激光；

权利要求1至8中任意一项所述的供能电路，与所述激光器电连接，用于为所述激光器供能；

控制器，与所述激光器电连接，用于控制所述激光器的激光发射。

10.根据权利要求9所述的激光雷达装置，其特征在于，所述供能电路的预设储电量为根据所述激光器的目标发射功率确定，所述控制模块还用于调节所述脉冲宽度调制信号以改变所述激光器的实际发射功率。