CN115275755A - 用于车载激光器的泵浦***、车载激光装置和车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及车载激光器领域，具体而言，涉及一种用于车载激光器的泵浦***、车载激光装置和车辆。该泵浦***包括：泵浦源模块，该泵浦源模块至少包括第一泵浦源和第二泵浦源，其中第二泵浦源为第一泵浦源的备用泵浦源；以及控制电路，该控制电路包括：电流检测电路，用于检测第一泵浦源的实时工作电流；以及比较电路，用于根据实时工作电流判断第一泵浦源的工作状态，并且在第一泵浦源处于异常状态时接通第二泵浦源，以提供泵浦光。

Description

用于车载激光器的泵浦***、车载激光装置和车辆
技术领域
本申请涉及车载激光器领域，具体而言，涉及一种用于车载激光器的泵浦***、车载激光装置和车辆。
背景技术
早期的激光器主要应用于工业领域，因此对激光产品的实时性和可靠性要求相对宽松。随着自动驾驶技术的兴起，诸如激光雷达之类的激光器被越来越多地应用于汽车领域，从而对激光产品、特别是其泵浦源的实时性和可靠性提出了更高的要求。目前，现有技术缺少针对泵浦源的实时控制方案、以及如何将泵浦源应用于车载激光雷达上的相关设计。
发明内容
本申请的实施例提供了一种用于车载激光器的泵浦***、车载激光装置和车辆，从而满足车载激光器对泵浦源的高可靠性和实时性要求。
根据本申请的第一方面，提供一种用于车载激光器的泵浦***，所述泵浦***包括：泵浦源模块，所述泵浦源模块至少包括第一泵浦源和第二泵浦源，其中所述第二泵浦源为所述第一泵浦源的备用泵浦源；以及控制电路，所述控制电路包括：电流检测电路，用于检测所述第一泵浦源的实时工作电流；以及比较电路，用于根据所述实时工作电流判断所述第一泵浦源的工作状态，并且在所述第一泵浦源处于异常状态时接通所述第二泵浦源，以提供泵浦光。
作为以上方案的替代或补充，根据本发明一实施例的泵浦***还包括泵浦驱动模块，所述泵浦驱动模块用于在控制电路的控制下向所述泵浦源模块提供驱动电流。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述电流检测电路包括：采样电阻，所述采样电阻耦合在所述泵浦驱动模块与所述第一泵浦源之间；以及差分放大器，所述差分放大器的正相输入端和反相输入端分别连接至所述采样电阻的两端，所述差分放大器的输出端连接至所述比较电路。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述比较电路包括：比较器，所述比较器的正相输入端连接至所述电流检测电路的输出端，所述比较器的反相输入端接参考电压；以及第一晶体管，所述第一晶体管在所述比较器输出低电平时导通，以向所述第二泵浦源提供驱动电流。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述第一晶体管为PMOS管，所述第一晶体管的栅极连接至所述比较器的输出端，所述第一晶体管的漏极连接至所述第二泵浦源，所述第一晶体管的源极连接至泵浦驱动模块。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述比较电路进一步包括第二晶体管，所述第二晶体管在所述比较器输出低电平时关断，以断开第一泵浦源。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述比较电路进一步包括反相器，所述反相器的输入端连接至所述比较器的输出端，并且所述第二晶体管为PMOS管，所述第二晶体管的栅极连接至所述反相器的输出端，所述第二晶体管的漏极连接至所述第一泵浦源，所述第二晶体管的源极连接至泵浦驱动模块。
作为以上方案的替代或补充，根据本发明一实施例的泵浦***进一步包括：警报模块，用于在所述第一泵浦源处于异常状态时生成提示信号。
作为以上方案的替代或补充，在根据本发明一实施例的泵浦***中，所述警报电路的输入端连接至所述比较电路中的第一晶体管的漏极，并在所述第一晶体管导通时激活并生成提示信号。
根据本申请的第二方面，提供一种车载激光装置，包括：根据本申请的第一方面所述的泵浦***中的任意一项；种子源，用于提供种子光；以及光放大器，用于接收来自所述种子源的种子光以及来自所述泵浦***的泵浦光，以产生激光束。
根据本申请的第三方面，提供了一种车辆，该车辆包括根据本申请的第二方面所述的车载激光装置中的任意一项。
首先，根据本申请的一个或多个实施例的用于车载激光器的泵浦***采用针对泵浦源的冗余设计方案，例如，当主泵浦源失效时，备用泵浦源能及时接通以提供泵浦光，从而大大降低了泵浦源模块的失效率，提高了泵浦源模块的可靠性。
其次，根据本申请的一个或多个实施例的用于车载激光器的泵浦***采用纯硬件手段（即，包括电流检测电路和比较电路的硬件控制电路）对泵浦源的工作电流进行监控，相较于软件控制方案，纯硬件电路具有结构更加简单、失效率更低、控制时间更短的优点，从而进一步减少了泵浦源模块的宕机时间，提高了泵浦源模块的可靠性，为泵浦源在车端的使用、尤其是在自动驾驶领域中的使用（例如，车载激光雷达）创造了条件。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本申请的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据本申请的一个实施例的用于车载激光器的泵浦***10的示意性框图；
图2示出了根据本申请的一个实施例的用于车载激光器的泵浦***20的示意性结构图；以及
图3示出了根据本申请的一个实施例的车载激光装置30的示意性框图。
具体实施方式
以下具体实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制所公开的技术或所公开的技术的应用和用途。此外，不意图受在前述技术领域、背景技术或以下具体实施方式中呈现的任何明示或暗示的理论的约束。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
要理解的是，本公开的技术通常用于电动汽车，其包括但不限于纯电动汽车（BEV）、混合动力汽车（HEV）、燃料电池汽车（FCEV）等。
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的各示例性实施例。
本申请的第一方面提供了一种用于车载激光器的泵浦***。如图1所示，泵浦***10包括泵浦源模块110和控制电路120。可选地，泵浦***10还可以包括泵浦驱动模块130和/或警报电路140。该泵浦***10用于向车载激光器中的光放大器提供能量（即，泵浦光），以实现对由种子源发出的种子光的放大。
根据本申请的泵浦***10采用针对泵浦源的冗余设计结构，也即，泵浦源模块110包括至少两个泵浦源，例如第一泵浦源111和第二泵浦源112，其中第一泵浦源111为主泵浦源，第二泵浦源112为第一泵浦源111的备用泵浦源。应理解的是，泵浦源模块110还可以包括诸如第三泵浦源之类的更多的冗余泵浦源，以例如作为第二泵浦源112的备用泵浦源。取决于车载激光器对于种子光信号的具体放大需求，泵浦源模块110中的各泵浦源可以是单级泵浦源，也可以是多级泵浦源。
泵浦驱动模块130用于在控制电路120的控制下向泵浦源模块110提供驱动电流。泵浦驱动模块130可以具有多个电流输出端口，每个电流输出端口直接或间接地（例如，经由控制电路120）电耦合到泵浦源模块110中对应的泵浦源（例如，第一泵浦源111和第二泵浦源112）。
示例性地，本申请的泵浦源模块110以及控制电路120运用在直流电压下，因而本申请上下文中记载的电压以及电流均指代直流电压和电流。具体而言，在一些示例中，可以例如将由泵浦驱动模块130提供的输入电压的正极性直接或间接地引入到控制电路120，而负极性则按照本领域的常规连接方式接入到电路中。在其他示例中，取决于电路中元器件的类型或者电路设计需要，还可能针对输入电压的负极性进行操作，本发明的保护范围延及此等变型。
泵浦***10的控制电路120部分地耦合在泵浦驱动模块130以及泵浦源模块110之间，以通过对处于工作状态的泵浦源（例如，第一泵浦源111）的工作电流进行实时监测来判断其是否处于正常工作状态，并据此实现对备用泵浦源的接通或切换。
具体而言，控制电路120包括电流检测电路121以及比较电路122。电流检测电路121用于检测处于工作状态的第一泵浦源111的实时工作电流。在一个示例中，电流检测电路121包括耦合在泵浦驱动模块130与第一泵浦源111之间的采样电阻以及运算放大器（例如，差分放大器）。电流检测电路121通过检测采样电阻两端的电压值来实现对第一泵浦源111的工作电流的采样。在实际操作中，可以根据运算放大器的放大系数和检测目标范围（也即，第一泵浦源111的实时工作电流的范围）来设置采样电阻的阻值。电流检测电路121将采样到的工作电流输送至运算放大器，以利用运算放大器实现对检测到的电压值的放大（例如，利用差分放大器实现对检测到的电压值的成比例放大），以便于比较电路的运作。
比较电路122用于根据由电流检测电路121检测到的实时工作电流判断第一泵浦源111的工作状态。若第一泵浦源111处于异常状态，则比较电路122将接通第二泵浦源112以提供泵浦光；若第一泵浦源111处于正常状态，则比较电路122继续维持第二泵浦源112的断开状态以及第一泵浦源111的接通状态。可选地，在第一泵浦源111处于异常状态时，比较电路122还可以断开第一泵浦源111。可选地，在第一泵浦源111处于异常状态时，比较电路122可以进一步接通警报电路140以生成提示信号。
在一个示例中，比较电路122包括比较器以及一个或多个晶体管。比较器根据检测到的电压值、预设的参考电压的比较结果来判断第一泵浦源111的工作状态。在实际操作中，可以根据第一泵浦源111的最常见故障类型（例如，断路或器件短路）有针对性地设置参考电压的数值。例如，当第一泵浦源111出现某一故障类型时，其工作电流可以体现为体现该故障类型的典型值，因此可以设置对应的参考电压以期望准确识别该典型值，从而确定第一泵浦源111出现了此种故障类型。在其他示例中，还可以根据第一泵浦源111出现的各种可能故障类型来设置多个参考电压。相比于利用ADC转换方案（例如，通过对实时工作电流进行转换并分析转换后的信号的具体特性），这种利用电压比较来确定第一泵浦源111的工作状态的方案将在较大程度上降低方案的复杂性并且可以降低实现成本。进一步地，比较电路122利用一个或多个晶体管来实现以下功能中的一种或多种：第二泵浦源112的接通、第一泵浦源111的断开、以及警报电路140的接通。用于实现上述功能的一个或多个晶体管不一定具有相同的型号或者类型，例如，第二泵浦源112的接通以及警报电路140的接通可以通过第一晶体管实现，而第一泵浦源111的断开可以通过第二晶体管实现。本申请在此不限制晶体管的具体类型和型号，以其能够实现本申请上下文中描述的作用即可。
根据本申请上下文的描述可知，本申请中的晶体管是指可以受控工作的晶体管，例如，场效应管、三极管等。在一些示例中，晶体管可以为P沟道MOS晶体管（PMOS管）、N沟道MOS晶体管（NMOS管）、PNP型三极管或者NPN型三极管等。根据晶体管的导通和关断特性，例如第一泵浦源111和第二泵浦源112之类的各泵浦源可能根据由电流检测电路121检测到的实时工作电流（也即，等同于检测到的电压值）的变化实现接通或断开状态之间的切换。
如图1所示的泵浦***10采用针对泵浦源的冗余设计方案以及纯硬件手段（即，泵浦源模块110、控制电路120、泵浦驱动模块130、警报电路140）对泵浦源的工作电流进行监控，相较于软件控制方案，纯硬件电路具有结构更加简单、失效率更低、控制时间更短的优点，从而减少了泵浦源模块的宕机时间，提高了泵浦源模块的可靠性，为泵浦源在车端的使用、尤其是在自动驾驶领域中的使用（例如，车载激光雷达）创造了条件。
下面继续参考图2，图2示出了根据本申请的一个实施例的用于车载激光器的泵浦***20的示意性结构图。对应于图1所示出的泵浦***10，如图2所示的泵浦***20包括泵浦源模块210、控制电路220以及泵浦驱动模块230。
泵浦源模块210包括两个泵浦源，即作为主泵浦源的第一泵浦源以及作为备用泵浦源的第二泵浦源。示例性地，上述泵浦源可以是半导体激光器，例如二极管泵浦。在如图2所示的实施例中，泵浦源被示出为二极管泵浦，即第一泵浦源D1和第二泵浦源D2。应理解的是，泵浦源模块210还可以包括诸如第三泵浦源D3之类的更多的冗余泵浦源。此类针对泵浦源的冗余设计方案能够大大降低泵浦源模块的失效率，同时提高泵浦源模块的可靠性。
泵浦驱动模块230在控制电路220的控制下向泵浦源模块210提供驱动电流。在该实施例中，泵浦驱动模块230具有两个电流输出端口，每个电流输出端口分别经由控制电路220间接电耦合到第一泵浦源D1和第二泵浦源D2。
控制电路220包括与图1所示的电流检测电路121以及比较电路122相对应的电流检测电路221以及比较电路222，以通过对处于工作状态的第一泵浦源D1的工作电流进行实时监测来判断其是否处于正常工作状态，并据此实现对第二泵浦源D2的接通或切换。
具体而言，电流检测电路121包括耦合在泵浦驱动模块230与第一泵浦源D1之间的第一电阻R1（即，采样电阻）、差分放大器U1。差分放大器U1的正相输入端经由第二电阻R2连接至第一电阻R1的一端，反相输入端经由第三电阻R3连接至第一电阻R1的另一端并且经由第四电阻R4连接至差分放大器U1的输出端，差分放大器U1的输出端连接至比较电路222。差分放大器U1将检测到的第一电阻R1的电压值（根据欧姆定律，等同于第一泵浦源D1的工作电流）成比例地放大，并将放大后的电压值输入至比较电路222。
在该实施例中，比较电路222包括比较器U2以及第一晶体管S1。比较器U2根据放大后的电压值、预设的参考电压的比较结果来判断第一泵浦源D1的工作状态。具体地，差分放大器U1将放大后的电压值经由第五电阻R5输入至比较器U2的正相输入端，比较器U2的反相输入端接参考电压，比较器U2的输出端连接至第一晶体管S1。示例性地，上述参考电压Vref被设定成用于判定第一泵浦源D1出现某一故障类型的临界值。在图2中，第一晶体管S1被示出为PMOS管，PMOS管的栅极连接至所述比较器U2的输出端，漏极连接至第二泵浦源D2，源极连接至泵浦驱动模块210。由PMOS管的特性可知，当PMOS管的源极电压比栅极电压大一定值时，PMOS管导通。因此，可以通过设置合适的驱动电压值，使得当比较器U2输出低电平（即，与第一泵浦源D1的工作电流相关联的比较器U2的正相输入电压值小于参考电压Vref）时，PMOS管S1能够导通，以向第二泵浦源D2提供驱动电流。应理解的是，第一晶体管S1还可以是NMOS管、PNP型三极管或者NPN型三极管，取决于具体的晶体管类型，电路连接关系可以适应地调整，本申请的保护范围延及此等变型。
可选地，泵浦***还包括警报电路240（未示出），用于在第一泵浦源D1处于异常状态时生成提示信号。示例性地，PMOS管S1的漏极连接至警报电路240的输入端，当PMOS管S1导通时，警报电路240与第二泵浦源D2同时被接通。
可选地，比较电路222还可以包括反相器以及第二晶体管S2（未示出）。在一个示例中，第二晶体管S2为PMOS管，反相器的输入端连接至比较器U2的输出端，反相器的输出端连接至第二晶体管S2的栅极，第二晶体管的漏极连接至第一泵浦源D1，第二晶体管的源极连接至泵浦驱动模块230。在该示例中，当比较器U2输出低电平（即，与第一泵浦源D1的工作电流相关联的比较器U2的正相输入电压值小于参考电压Vref）时，第二晶体管关断，从而断开第一泵浦源D1。
下面继续参考图3，图3示出了根据本申请的一个实施例的车载激光装置30的示意性框图。如图3所示，车载激光装置30包括泵浦***310、种子源320以及光放大器330。示例性地，车载激光装置30可以是车载激光雷达。泵浦***310可以是如图1和图2所示的泵浦***10或泵浦***20，以用于在受到电流源的驱动时对外发出泵浦光。光放大器330用于接收来自种子源320的种子光和来自泵浦***310的泵浦光，并通过受激辐射将种子光放大后，对外发出具有相同波长的激光束。车载激光装置30采用针对泵浦源的冗余设计方案并且采用纯硬件手段对泵浦源的工作电流进行监控，从而减少了泵浦源的宕机时间，提高了泵浦源的可靠性，更好地支持激光雷达的车规级认证。
根据本申请的另一方面，提供一种车辆，其包括如上文所述的任意一种泵浦***或车载激光装置。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本发明及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

Claims (11)

1. 一种用于车载激光器的泵浦***，其特征在于，所述泵浦***包括：
泵浦源模块，所述泵浦源模块至少包括第一泵浦源和第二泵浦源，其中所述第二泵浦源为所述第一泵浦源的备用泵浦源；以及
控制电路，所述控制电路包括：
电流检测电路，用于检测所述第一泵浦源的实时工作电流；以及
比较电路，用于根据所述实时工作电流判断所述第一泵浦源的工作状态，并且在所述第一泵浦源处于异常状态时接通所述第二泵浦源，以提供泵浦光。
2.根据权利要求1所述的泵浦***，进一步包括泵浦驱动模块，所述泵浦驱动模块用于在控制电路的控制下向所述泵浦源模块提供驱动电流。
3. 根据权利要求1所述的泵浦***，其中，所述电流检测电路包括：
采样电阻，所述采样电阻耦合在泵浦驱动模块与所述第一泵浦源之间；以及
差分放大器，所述差分放大器的正相输入端和反相输入端分别连接至所述采样电阻的两端，所述差分放大器的输出端连接至所述比较电路。
4. 根据权利要求1所述的泵浦***，其中，所述比较电路包括：
比较器，所述比较器的正相输入端连接至所述电流检测电路的输出端，所述比较器的反相输入端接参考电压；以及
第一晶体管，所述第一晶体管在所述比较器输出低电平时导通，以向所述第二泵浦源提供驱动电流。
5.根据权利要求4所述的泵浦***，其中，所述第一晶体管为PMOS管，所述第一晶体管的栅极连接至所述比较器的输出端，所述第一晶体管的漏极连接至所述第二泵浦源，所述第一晶体管的源极连接至泵浦驱动模块。
6.根据权利要求4所述的泵浦***，其中，所述比较电路进一步包括第二晶体管，所述第二晶体管在所述比较器输出低电平时关断，以断开第一泵浦源。
7.根据权利要求6所述的泵浦***，其中，所述比较电路进一步包括反相器，所述反相器的输入端连接至所述比较器的输出端，并且所述第二晶体管为PMOS管，所述第二晶体管的栅极连接至所述反相器的输出端，所述第二晶体管的漏极连接至所述第一泵浦源，所述第二晶体管的源极连接至泵浦驱动模块。
8.根据权利要求1所述的泵浦***，进一步包括：
警报电路，用于在所述第一泵浦源处于异常状态时生成提示信号。
9.根据权利要求8所述的泵浦***，其中，所述警报电路的输入端连接至所述比较电路中的第一晶体管的漏极，以便在所述第一晶体管导通时激活并生成提示信号。
10.一种车载激光装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-9中任一项所述的泵浦***；
种子源，用于提供种子光；以及
光放大器，用于接收来自所述种子源的种子光以及来自所述泵浦***的泵浦光，以产生激光束。
11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的车载激光装置。
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