CN103262652B - 用于渡越时间计算的led用驱动电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种在渡越时间应用中使用的、用于LED和激光器的基于双转换电路的电子驱动器电路，其具有高效能量转换和高精度距离测量的特色。电压至电压DC‑DC转换由此合并了DC‑电压至脉冲电流升压器，该升压器以渡越时间调制频率工作。在新测量周期开始时，响应于在先前照明时段内观察到的电流来更新用于驱动DC‑DC转换的PWM信号。

Description

用于渡越时间计算的LED用驱动电路
技术领域
本发明涉及一种用于负载(尤其是用于例如发光二极管(LED)或OLED或激光器或激光二极管的光源)的电子驱动器电路。具体来说，本发明涉及一种用于测距装置、渡越时间(time of flight)摄像机，或渡越时间传感器用照明装置的驱动器电路，并且涉及用于这种装置或摄像机的照明装置，和涉及该装置或摄像机本身。
背景技术
向用于渡越时间(TOF)装置的诸如LED的光源最佳供电需要最小化例如伴随电池电压和不均匀脉冲输出的强度变化的专门调节器。为此，有两种常用的调节器类型：基于电感器的升压转换器和基于电容器的电荷泵转换器。每一种调节器类型都有特别的优点/缺点。
Maxim Integrated Products的Application note 3243 (http://www.maxim-ic.com/an3243)描述了LED升压转换器与电荷泵电路之间的比较。该文比较了目前发展水平的调节器，即，MAX1561升压转换器与MAX1573电荷泵的对比。图7示出了该文献的图1的升压转换器与电荷泵。该文提出了电荷泵的优点。
渡越时间摄像机通常包括被设置用于照明物体的照明装置，和被设置用于检测从被照明物体接收的光的检测装置。该渡越时间摄像机被设置用于确定由该照明装置发射的光与被该物体反射并被该检测装置接收的光之间的相差，以便重建该被照明物体的像。
US 2011/0018451 A1描述了这样一种发光二极管(LED)驱动器电路，其被设置用于驱动彼此并联排列的多个LED串，并且每一个LED串都包括彼此串联连接的多个 LED。该LED驱动器电路包括用于控制由所述多个LED发射的光的量的电压调节回路和电流调节回路。该电压调节回路和电流调节回路分别被设置用于针对该LED串的测量输出电压和测量电流来控制输入至LED驱动器电路的电压量。
发明内容
本发明的一个目的是，提供一种用于负载(尤其是用于其中发光二极管(LED) 或OLED或激光器或激光二极管作为示例的光源)的电子驱动器电路。具体来说，本发明的一个目的是，提供一种适于测距装置、渡越时间摄像机，或渡越时间传感器用照明装置的驱动器电路，并且涉及用于这种装置或摄像机的照明装置和该装置或摄像机本身。
本发明实施方式的一个优点是，提供一种供在渡越时间应用中使用的、用于诸如LED、OLED、激光以及激光二极管的光源的基于双转换电路的电子驱动器电路，其具有高效能量转换和高精度距离测量的特色。
在一个方面，本发明提供了一种与负载和DC电源一起使用的升压转换器电路，该升压转换器电路用于将DC电功率转换成脉冲波来驱动负载的，该升压转换器电路包括：DC-DC转换器电路，该DC-DC转换器包括：用于接收来自所述DC电源的DC 电压的端子、第一电感部、诸如电容部的电荷存储装置以及第一切换装置和第二切换装置，所述第一电感部耦接至所述端子；所述第一切换装置被设置为以第一频率从所述第一电感部向诸如电容部的所述电荷存储装置充电，和DC电压-AC电流转换器电路，该DC电压-AC电流转换器电路包括耦接至诸如所述电容部的所述电荷存储装置的第二电感部，和作为针对所述负载的脉冲波电流源以第二频率驱动所述电感部的第三切换装置，所述第二频率高于所述第一频率。
所述第二切换装置可以是诸如二极管或二极管电路的二极管装置，或者其可以是适于从开路切换成按和二极管相同的情况导通的开关。二极管还可以并入其它电子组件中。所述电容部可以是电容器或电容器电路或者具有合适电容的任何其它装置。所述第一和/或第二电感部可以是电感器或电感器电路或者具有合适电感的任何其它装置。
优选的是，设置一种用于中断所述负载中的电流的第四切换装置。这具有光源在暗时段不发射任何光的优点。由此节省了电力。
优选的是，设置了用于感测所述负载中的电流的电流感测装置。这例如可以是与所述负载串联连接的电阻器。
优选的是，设置了用于响应于所述电流感测装置的输出来控制所述升压转换器电路的反馈回路。负反馈回路帮助保持操作的稳定性。
优选的是，所述反馈回路和所述DC-DC转换器电路响应于所述电流感测装置的输出来控制所述负载中的电流。一个优点是可以控制照明的强度。
在优选实施方式中，对电流的控制通过所述DC-DC转换器电路的PWM控制来实现。PWM控制允许精确且快速控制从所述第一电感器馈送至所述电容器的电荷的总量。这控制了所述第二电感部从所述电容器抽取的电流量。
尤其是对于通过负载的电流在特定时间期间必须保持恒定的应用来说，所述反馈回路可以适于仅按时间间隔控制或修改所述DC-DC转换器电路的操作，并由此不干扰其它时间的操作。
所述升压电路特别适于驱动作为一个或更多个光源的负载。这允许所述电路与显示器背光一起、在TOF传感器或摄像机、测距器中、在光电换能器和转换器中使用，例如，用于与光纤网络和其它光学装置一起使用。所述一个或更多个光源可以是一个或更多个发光二极管或激光器或激光二极管。所述光源可以分离地提供，而且不必作为所述升压转换器电路的一部分。
优选的是，所述DC电压-AC电流转换器电路适于仅从所述DC-DC转换器电路拉(draw)DC电流。这减小了EMI。
优选的是，设置了用于PWM占空比值的输出部。这可以被用于检查所述占空比是否处于可允许限制内。
可选的是，所述PWM控制可以具有开始模式和停止模式。这提供了针对负载的电流在开始时上斜而在停止时下斜的优点，由此允许电力适度起伏。
在本发明另一方面中，测距装置、摄像机或传感器可以适于通过测量在测量周期内由所述一个或更多个光源发射并且被物体反射的光来确定到该物体的距离，由此，所述升压转换器电路适于在测量周期之前更新所述PWM控制。这具有在测量周期期间不进行可能造成错误距离测量的更新的优点。
因此，根据本发明一示例性方面，提供了一种用于渡越时间摄像机用照明装置的驱动器电路。所述驱动器电路可连接至被设置用于发射光的照明单元。所述驱动器电路包括：DC-DC转换器、DC电压-AC电流转换器电路、照明单元，以及控制单元，该控制单元被设置用于响应于指示由所述照明单元发射的光的量的信号来控制所述 DC-DC转换器。所述DC-DC转换器可连接至电源，并且被设置用于向按串联连接至 DC-DC转换器的脉冲发生器的形式的DC电压-AC电流转换器电路供电，和被设置用于将所述DC-DC转换器的输出转换成脉冲串，
因此，所述驱动器电路包括反馈回路或机构，以便基于所发射光的实际量来调节由所述照明单元发射的光的量，因为所述控制单元被设置用于响应于(并且具体来说，基于)指示由所述照明单元发射的光的量的控制信号来控制所述DC-DC转换器。
所述反馈回路的操作可以被限制于优选地同步化至所述测量周期的定时的特定时间间隔。
所DC-DC转换器可以被设置为降压调节器(buck regulator)、电压升压(step up)或升压(boost)转换器或降压电压升压调节器。这里，可以将降压调节器设置用于向下转换输入至所述降压调节器的电压。可以将电压升压转换器设置用于增加针对所述电压转换器的输入电压的值。可以将降压电压升压调节器设置用于向下转换和/或向上转换输入的电压值。由此，所述驱动器电路可以采用用于电压自适应的商业可获电子组件，以使所述驱动器电路可以包括低制造成本。
所述脉冲发生器可以包括诸如电感器、开关以及地平面的能量存储部件，其中，所述能量存储部件、所述开关，以及所述地可以彼此串联连接，并且其中，所述开关可以并联连接至所述照明单元。切换所述开关可以允许经由所述开关或经由所述照明单元连接所述能量存储部件与地。在所述能量存储部件可以经由所述开关连接至地的时间期间，可以实现对所述能量存储部件的充电。而且，在所述能量存储部件可以经由所述照明单元连接至地的时间期间，可以实现所述能量存储部件的放电，并由此通过所述照明单元发射光。因此，所述能量存储部件可以在通过所述照明单元发射光之前预加载，由此，所述照明单元可以立刻提供有能量，并且可以显著缩短所述照明单元发射光的上升时间。由此，可以实现所述照明单元快速开始和/或结束光的发射，并且所发射光的波形可以包括陡峭的上升和/或下降沿。后者在渡越时间摄像机方面特别有利，其可以确定发射光与反射光之间的相位差。而且，放大单元可以包括构造简单且廉价的设计。
驱动器电路还可以包括监视单元，该监视单元包括电流感测装置，该监视单元被设置用于检测通过所述照明单元的电流，并且被设置用于基于所监视电流来提供指示所发射光的量的信号。所述监视单元可以在所述照明单元的下游侧设置和/或连接。因此，可以实现所发射光实际量与输入至所述照明单元的电压之间的精确反馈机制。
所述控制单元可以被设置用于基于指示所发射光的量的信号来生成控制信号，并且用于向所述DC-DC转换器提供所生成控制信号。由此，可以使能准确控制所述 DC-DC转换器的输出电压，以便精确影响由所述照明单元发射的光的量。可以基于所述控制信号来增加和/或减小所述DC-DC转换器的输出电压的值。
所述照明单元被设置用于发射光脉冲，其中，所述控制单元可以被设置用于与一组发射光脉冲相关联(并且基于其)地生成所述控制信号。所述控制信号可以在该组光脉冲之后生成或更新，以控制要发射的将来光脉冲。由此，控制发射光的量可以基于时间平均信息，以使可以实现准确控制发射光的量。
所述照明单元可以包括从由发光二极管(LED)、OLED、激光器，以及激光二极管组成的组中选定的至少一个部件。所述照明单元可以包括多个后述部件。
所述控制单元可以被设置用于积分指示与该组发射光脉冲相关联的所监视电流的信号的时间相关波形(具体来说，所监视电流的波形)。而且，所述监视单元可以被设置用于比较该积分值与基准值，以确定是否执行DC-DC转换器的控制。由此，所述控制信号可以包括针对与该组光脉冲相关联的时段的单一值，由此，基于“数字”信号控制所述电压转换器，并且在控制所述电压转换器期间易于信号处理。该组发射光脉冲可以与一帧光发射相关联，并且可以包括四个光脉冲。
所述照明单元可以包括多个光源，其中，每一个光源都可以被设置用于发射光脉冲，其中，所述光源可以彼此串联连接。由此，所述光源可以按并联连接至所述脉冲发生器的开关的串或分支来设置。由此，可以实现所述照明装置的简单设计。而且，可以实现由每一个光源发射的光的均匀性，因为经由所述DC-DC转换器和所述脉冲发生器向每一个光源提供了足够量的电流。
所述照明单元可以包括按多个并联串设置的多个光源，其中，所述多个串中的每一个串都可以包括至少两个光源。每一个串都可以并联设置至一开关。而且，可以促进所述照明装置的可量测性并由此促进所发射光的可量测性，因为所述多个串可以适于提供希望量的发射光。而且，可以实现由每一个发光部件发射的光的均匀性，因为针对所述多个串中的每一个串设置并监视电流的量。
所述驱动器电路的所述控制单元可以被设置用于基于指示所述检测装置的确定周期的开始的信息来控制所述DC-DC转换器，其中，所述确定周期可以与确定(单一) 相位差相关联。可以将确定周期分别与所述照明装置和所述检测装置的一个或更多个照明和检测周期相关联，并且每一个照明和检测周期例如包括1000帧，其中每一个帧都包括四个光脉冲。
所述检测装置可以被设置用于向所述控制单元提供信号，其中，该信息指示所述相位差的确定周期的开始。由此，可以实现所述检测装置与所述照明装置之间的直接反馈机制，由此，易于控制所述照明装置的所述照明单元的发射光的量。
另选的是，所述驱动器电路的所述控制单元可以包括递增计数器，该递增计数器被设置用于计数所生成控制信号的数量，并且用于比较所计数与和所述确定周期相关联的预定值。在超出所述预定值时，可以指示新确定周期的开始。
附图说明
图1示出了根据本发明优选实施方式的驱动器电路的示意性表示图。
图2例示了用于驱动图1中的电路的信号的定时。
图3示出了根据本发明另一优选实施方式的驱动两组LED/激光器分支的驱动电路的示意性表示图。
图4示出了由光源发射的光脉冲的时间相关性。
图5示出了根据本发明另一优选实施方式的要提供给电压转换器电路的控制信号的时间相关性。
图6示出了根据本发明一示例性实施方式的渡越时间摄像机的框图。
图7示出了用于驱动LED的现有技术升压转换器和电荷泵，其中，图7的(a)示出了升压转换器，图7的(b )示出了电荷泵。
具体实施方式
本发明参照具体实施方式并且参照特定附图进行描述，但本发明不限于此而仅通过权利要求书进行限制。所述附图仅仅是示意性而非限制性的。在图中，出于例示性目的，可以将一些部件的尺寸夸大而不按比例绘制。对于没有指明单复数的情况来说，这包括多数形式，除非具体进行了其它声明。在不同图中，相同标号指相同或相似部件。这些图中的例示是示意性的。
权利要求书中使用的措辞“包括”不应被解释为受限与此后列出的含义；其不排除其它部件或步骤。由此，表达“包括装置A和B的装置”的范围不应受限于仅由组件A 和B构成的装置。其意指参照本发明，该装置的唯一相关组件是A和B。
而且，本描述和权利要求书中的措辞第一、第二、第三等被用于在相似部件之间区分，而不必用于描述顺序或时间先后顺序次序。要明白的是，这样使用的术语在合适情况下可互换，并且与在此描述或例示的顺序相比，在此描述的本发明的实施方式能够按其它顺序操作。
而且，本描述和权利要求书中的措辞顶、底、上、下等被用于描述性目的，而不必用于描述相对方位。要明白的是，这样使用的术语在合适情况下可互换，并且与在此描述或例示的取向相比，在此描述的本发明的实施方式能够按其它取向操作。
本发明的一个方面是提供一种耦接至DC电压-脉冲升压器的电压-电压(DC-DC)转换电路，尤其是用于与显示器背光一起、在TOF传感器或摄像机、测距器中、或者在光电换能器和转换器中使用，例如，用于与光纤网络和其它光学装置一起使用。下面，本发明将参照测距装置或TOF摄像机或传感器进行描述，但本发明不限于此。光源的输出可以是准确且“干净”的脉冲，如提供高信噪比的方波脉冲。该DC电压-脉冲升压器例如可以按在光通信中使用的频率来工作或用于渡越时间检测调制。根据本发明的驱动器例如可以与膝上型电脑或PC中的光电耦合器一起使用，如连接至光纤网络。
例如，利用渡越时间原理确定距离是通过测量反射离开一物体的接收信号来进行的。在开始新的测量周期时，诸如用于驱动DC-DC转换的PWM信号的已切换控制信号可以响应于在照明时段或先前照明时段期间观察到的电流来更新。
图1中的节点101是本发明实施方式所提出的驱动器电路的电源插口。该节点上的电压Vsupply可以来自任何合适的DC电源，举例来说，如USB供电装置中的4V至5V，或者来自电池、光伏电池等。设置了去耦装置，如用电容器C1表示的电容部，其充当用于缓冲节点101上的电压Vsupply的去耦电容器。C1可以是电容器或电容器电路。该去耦装置可以是DC-DC转换电路的一部分，其例如可以是升压转换器电路、降压转换器电路或降压-升压转换器电路。这些电路中的任一个都可以是符合目前发展水平但利用下述新颖特征修改过的电路。DC-DC升压电路可以包括诸如脉冲宽度调制系统 (PWM)的可控切换装置，以驱动向诸如转换电感器L1的能量储存装置充电的开关 M1。根据本发明的实施方式，更新PWM值的方法将根据稍后说明的目前发展水平而得出。
采用电感器L1形式的能量存储部件连接至开关M1，后者又耦接至地。开关M1 可以被设置为场效应晶体管，其包括两个主电极，例如，源极与漏极，以及控制电极 (例如，栅极)。这两个主电极中的一个(例如，源极)连接至电感器L1，而另一主电极(例如，漏极)耦接至地。施加至栅极的可变电压限定了开关M1的切换频率。
在参照图1描述的本发明的实施方式中，升压器型的DC-DC电压转换被用作实施例。降压-升压和降压DC-DC转换类型同样完全有用，并且提供了和下面说明中使用的升压类型相同的优点。
电压至电压DC-DC转换操作如下。L1是用于DC-DC升压电路的电感器。可以作为节点103上的PWM信号的切换信号驱动可以为晶体管M1的电子开关。该晶体管M1 优选地具有低DC电阻(Rds ON)，以限制向电感器L1充电时的电力损耗。当节点103 上的信号为高(HIGH)时，其将节点104拉至地。在该时段期间，电感器L1从Vsupply 充能。当节点103上的信号是低(LOW)时，M1不导通，并且节点104不再连接至或耦接至地。L1中的一部分所充能量现在通过诸如二极管D1的合适开关传递至诸如电容器C2的电荷存储装置。如果将二极管D1用开关替换，则可以进一步增加效率。这种开关与开关M1对抗性地按导电率驱动，而不交叠。二极管通常具有电压降的缺点，可以利用恰当驱动的开关来避免这种缺点。
电荷存储装置C2可以是电容器或电容器电路，或者可以是与另一装置相关联的电容部。上述顺序导致节点105上的电压具有值V1。C2是电荷存储装置和应当具有足够高的值和足够低的等效串联电阻的去耦装置。通过在节点103上应用诸如PWM调制的切换控制调制，可以调节传递至节点105的电力。在该拓扑中，V1大于节点101上的Vsupply。因而，可以说是DC-DC电压升压。切换M1的频率例如处于50KHz至2MHz 范围。该频率至少是小于在后面的脉冲发生器(例如，用于渡越时间调制)中使用的频率的数量级。本领域技术人员可以类似地实现电压降压DC-DC转换器，或者电压降压-升压DC-DC转换器。
连接至节点105的是具有负载的DC电压脉冲化升压器107，负载可以是光源(例如，串联连接的光源)。该光源可以是固态光源、LED 106，或OLED，或者被设置为负载(例如，串联耦接)的激光器或激光二极管。可以有单串或多串光源。这些光源可以分离地提供，而且不必作为升压转换器电路的一部分。
光源(例如，LED)两端的电压另选地高于V1，或者接近于零伏特。光源(例如，LED106)利用调制频率接通ON和断开OFF，例如，用于渡越时间测量。该调制优选为方波。该频率可以是5MHz至400MHz范围内的任何频率。对于特定实现来说，渡越时间调制方案甚至会更复杂，例如，其可以由比特序列构成，而非重复随后 LOW-HIGH和HIGH-LOW转变，例如，重复码字或伪随机比特序列。可以具有比L1 更小电感的诸如电感器L2的第二电感部连接至光源，例如，LED 106。光源(例如， LED 106)可以是串联的一个或更多个LED或OLED或激光器或激光二极管，例如，用作渡越时间光源或作为其一部分。L2还连接至可以短路光源(例如，LED 106)的开关M2，并且提供用于向L2电感器充电能的装置。这些光源并联连接至开关M2，并且设置在L2电感器与地之间。开关M2可以是诸如晶体管的电子开关。开关M2可以被设置为场效应晶体管，其包括两个主电极，例如，源极与漏极，以及控制电极(例如，栅极)。这两个主电极中的一个(例如，源极)连接至电感器L2，而另一主电极(例如，漏极)耦接至地。施加至栅极的可变电压限定了开关M2的切换频率。
与光源(例如，LED 106)串联地，可以设置第三电子开关M3，允许在暗时段期间(例如，当停止渡越时间测量时)停用光源，例如，LED 106。这通常发生在每次读出成像阵列时。M3可以是晶体管。开关M3可以被设置为场效应晶体管，其包括两个主电极，例如，源极与漏极，以及控制电极(例如，栅极)。这两个主电极中的一个(例如，源极)连接至光源，而另一主电极(例如，漏极)耦接至地。施加至栅极的电压限定了M3是导通还是断开。
节点108上的电压将被升压至例如可以达到节点105上的电压V1的两倍的电压，在驱动多个光源(例如，串联的多个LED)的房间的情况下，增加了该系统的总体效率，并且使得打开开关M2与产生光的时刻之间的延迟完全与负载(举例来说，如驱动LED、OLED或激光器或激光二极管的光源)的电阻无关。这是重要的，因为该延迟的变化将劣化测距器或TOF摄像机或传感器中的距离测量精度。电压V1例如可以为 8V，而节点108处的脉冲电压可以上升至15V。节点109连接至开关M2和M3的主电极之一，例如，开关M2和M3的漏极，并且连接至包括电流传感器的监视电路，电流传感器例如是另一端子连接或耦接至地的极小电流感测电阻器RSense。节点109上的电压应当保持为低，例如，几百毫伏特。这可以通过选择极小电阻器Rsense并由此减小由于该感测电阻器而造成的损耗来实现。节点109还连接至该监视电路的诸如低通过滤器的其它组件，这里，用电阻器RLP和电容器CLP举例说明。节点110上的电压给出了节点109上的电压的平均值，作为针对通过负载(如通过Rsense或通过电感器L2)的平均电流的指示。通过比较器116将该电压与节点111上的基准电压Vref比较，比较结果通过节点115馈送至定时信号发生器102。调节该基准电压允许控制流过光源 (例如，LED、OLED或激光器或激光二极管)的电流。
定时信号发生器102分别通过节点103、112以及113来驱动开关M1、M2以及M3。这些开关优选为功率MosFet，但还可以是双极晶体管。M2利用节点112上的振荡信号来驱动，该振荡信号在光源(例如，LED 106)必须利用存储在L2中的能量生成光时为LOW，而在电感器L2正存储其从C2接收的能量时为HIGH。优选的是，节点112上的信号被DC平衡化，即，平均LOW时间为该时间的50％，并且平均HIGH时间为剩余 50％。通过光源(例如，LED 106)的平均电流为通过Rsense的电流的大约50％，但这根据节点108处的电压在光发射期间可以为电压V1的大约2倍的事实来补偿。当开关M2导通时，光源(例如，LED 106)的有效短路(假定开关M3也导通)帮助以可再现方式断开光源(例如，LED 106)的发射光，再次增加了测量精度。Rsense两端的最大电压应当被选择得足够小，以便不在RSense中耗散太多电力，但比比较器116 中的可能偏移要大得多，以允许比较器在其输出节点115上生成有意义的信号。
定时信号发生器102可以被设置用于积分指示与该组发射光脉冲相关联的所监视电流的信号的时间相关波形(具体来说，所监视电流的波形)。另选的是，定时信号发生器可以适于接收来自另一组件的这种积分值。而且，该定时信号发生器102可以被设置用于比较该积分值与基准值，以确定是否执行控制操作。由此，该控制信号可以包括针对与该组光脉冲相关联的时段的单一值，由此，基于“数字”信号控制DC-DC 电压转换器，并且在控制DC-DC电压转换器期间易于信号处理。另选的是，定时信号发生器可以适于接收来自另一组件的这种控制信号。
在实际渡越时间传感器中，在能够执行距离计算之前需要执行几个测量时段。在图2中，这些照明时段被编号为220、222、224和226。一组照明时段形成测量周期250。如果设置了足够的传感器，则还可以同时并行进行这些测量。对于其中顺序地获取测量的情况来说，将执行第一照明时段220，在该时段内，所接收信号与和所发射光同相的信号混合。接着是读出传感器阵列的时段221，在该时段内，调制光被断开。然后是第二照明时段222、第三照明时段224以及第四照明时段226(或更少或更多)，在这些时段内，所接收光分别与例如180度相移、90度相移以及270度相移混合。每一个照明时段都具有其自身的读出时段(分别编号为221、223、225以及227)，如图2所示。在数字处理器(未示出)中，可以聚集所有读出结果，并且估算距离。定时信号发生器102还可以连接至渡越时间传感器(未示出)，以提供针对信号212的各种相延迟。还可以提供控制读出处理的信号。这在图1中用“其它同步信号”114指示。
图2还示出了节点103、112以及113上的分别驱动开关M1、M2以及M3的信号203、212以及213。在照明时段220、222、224以及226期间，DC-DC转换器正通过节点103 接收M1上的恒定PWM信号203(即，以恒定占空比)。
而且，开关M2正接收另选地按高速接通和断开光源(例如，LED 106)的渡越时间调制信号212。开关M3在这些时段期间导通，其对应于表示节点113上的信号213的曲线中的HIGH电平。
在读出时段内，所有三个驱动信号203、212以及213必须都为LOW，从而确保这些开关(例如，晶体管M1、M2或M3)都不导通。这保持光源(例如，处于OFF状态的LED 106)不消耗电力。在整个测量周期2150期间，203上的PWM信号在给出的四个照明时段期间具有相同占空比。这样，保证了光输出尽可能多地保持相同的振荡幅度。这需要高精度的渡越时间测量。在一个测量周期内的照明时段220、222、224、 226中的一个或更多个时段内，定时信号发生器可以监视节点115上的信号，以发现平均起来，通过Rsense的电流是太LOW还是太HIGH。根据其判断，可以在下一个测量周期的开始时更新PWM信号203的占空比。然后将是调节节点105上的电压V1，随后调节通过Rsense和通过光源(例如，LED 106)的电流。
下表中给出一组可能部件值：
部件/变量 可能值
L1 4.7uH
C1 10uF
C2 并联5个电容器(每个200nF)
L2 470nH
Rsense 0.33ohms(Ω)
RLP 100ohms(Ω)
CLP 1.5nF
Vref 130mV
Vsupply 5V
照明时段 1ms
读出时段 1ms
测量周期时段 8ms
为实现更高的光输出功率，根据本发明的原理，可以驱动具有多个分支的负载，如光源(例如，LED、OLED或激光器或激光二极管)。该DC电源和光源可以分离地提供，而且不必作为升压转换器电路的一部分。
图3示出了除了图1的电路外还具有以下分支的实施例：并联设置的额外分支光源，例如具有额外的LED串：还驱动LED7、LED8、LED9、LED10、LED11以及LED12。可以添加更多分支。在这个实施方式中，每额外负载分支添加一个额外电感器L3，每额外负载分支添加两个额外开关，例如，晶体管M5和M4，每额外负载分支添加电流感测装置(例如，电阻器RSense2)，和诸如电阻器RLP2的平均化部件。开关M4和 M5可以被设置为场效应晶体管，皆包括两个主电极(例如，源极和漏极)，和一控制电极(例如，栅极)。针对M4，这两个主电极中的一个(例如，源极)连接至电感器光源，而另一主电极(例如，漏极)耦接至地和监视电路。施加至栅极的电压限定了 M4是是否导通。针对M5，这两个主电极中的一个(例如，源极)连接至电感器L3，而另一主电极(例如，漏极)耦接至地和监视电路。施加至栅极的可变电压限定了开关M5的切换频率。
在这个实施方式中，假定所有光源(例如，LED)大约为同一类型，导致针对指定V1的大约相同电流，允许随着公共第一DC-DC电压升压电路工作。
可以对任一上述实施方式进行各种改变，其全部都被包括在本发明的范围内。例如，相反在开始或断开模式期间，代替DC-DC转换器通过节点103接收M1上的恒定 PWM信号203(即，具有恒定占空比)地，定时信号发生器102可以分别上斜和下斜 PWM占空比，以提供适度的开始和停止。而且，还可能有用的是，提供输出与使用中的占空比有关的值。这可以被用于检查占空比是否处于合适限制内。
该DC电压-AC电流转换器电路可以适于仅从DC-DC转换器电路汲取DC电流。这减小了EMI。
任一上述实施方式可以与渡越时间传感器或摄像机或测距装置一起使用。除了上述光源以外，还设置了检测装置，并且将其设置用于检测光和确定发射光与检测光之间的相位差，其中，本发明的上述实施方式可以被用作控制单元，例如，被设置用于基于指示检测装置的测量周期的开始的信息来进行控制。该测量周期被用于确定发射光与接收光之间的相位差。由此，光源的光均匀性可以在检测装置的测量周期内实现。可以将测量周期与一个或更多个照明和检测周期相关联，并且每一个照明和检测周期例如包括1000帧，其中每一帧都包括四个光脉冲时段。
参照图4，例示了由多个光源发射的光脉冲的时间相关性。图4的图形342包括指示时间的横坐标344(采用任意单位)和指示发射光的量的纵坐标346(采用任意单位)。光脉冲347a-d包括阶梯状波形，并且被指配给帧348a-c。每一个帧348a-c都包括四个光脉冲347a-d。在照明装置402的一个照明周期中组合了大量(如一千)帧。该照明和检测周期彼此相对地相同限定。每一个光脉冲347a-d都关联至由关联至光脉冲 347a-d的发射的时段(波形的非零值)和关联至多个发光部件的死区时间的时段(波形的零值)所限定的“四分之一(quad)”350a-d。因为电感器L2和/或L3的放电在将开关M2和/或M5设置于断开状态之后立即执行的，所以发射光脉冲347a-d是在切换过程之后立即生成的，并且包括陡峭的上升沿。因为提供给多个光源的电流在将开关M2 和/或M5设置在接通状态时中断，所以光发射突然中断，并且光脉冲347a-d具有陡峭的下降沿。如果针对并且按等距时间间隔执行切换，则提供给多个发光部件的电力在每一个切换周期内都是恒定的，并且发射的光是均匀的。
检测装置可以被设置用于向根据本发明任一实施方式的上述升压转换器电路提供测量信号，其中，测量信号指示相位差的测量周期的开始。由此，可以实现检测装置与升压转换器电路之间的直接反馈机制，由此，易于控制来自光源的发射光的量。
参照图5，对基于监视电流值生成控制信号进行更详细的说明。图5的图形452包括指示时间的横坐标454(采用任意单位)和指示反馈回路的控制信号的纵坐标456 (采用任意单位)。曲线458指示所生成的控制信号。与图4所绘发射光的量相似，所感测的电流包括在每一个帧348a-c的每一个四分之一350a-d的时段内具有非零值的阶梯状波形，在其期间，通过多个光源发射光。将所监视的电流积分，如在与一个帧 348a-c相关联的时段期间发射的信号所指示，并且针对每一个帧时段对该积分值进行采样。因此，反馈回路的控制信号包括阶梯状形状，并且被设置为按相等单位递增的数字信号。控制信号的值指示发射光的量，并由此与存储基准值组合地向定时信号发生器102指示，提供给多个光源的电压是否必须增加，例如，希望量的发射光。
另选的是，定时信号发生器102可以包括递增计数器，该递增计数器被设置用于对所生成控制信号的数量进行计数，并且用于比较所计数与和所述测量相关联的预定值。在超出所述预定值时，可以指示新测量周期的开始。
在上面参照图1和3的描述中，定时信号发生器102被示出为单个单元。然而，定时信号发生器102具有几个输出部，并且这些输出部中的任一个或全部可以通过例如根据单个系统时钟链接的单个定时电路来提供。
参照图6，本领域技术人员应当清楚，如上所述，根据本发明实施方式的渡越时间摄像机400包括被设置用于利用光来照明物体的照明装置402，和检测装置404，其被设置用于检测从该物体反射的光，并且用于确定由该照明装置发射的光与所检测光之间的相差。该检测装置包括用于接收光的光学传感器。该摄像机可以适于根据针对该摄像机的每一个像素确定的相差，逐个像素地确定到物体的距离。根据距离信息，可以生成该物体的3D图像。
该照明装置402包括驱动器电路406，其包括诸如上述的DC-DC转换器410。在上述实施方式中，DC-DC转换器410具有像电感器L1的能量存储部件、像二极管D1的第一开关、像电容器C1的电荷存储装置以及第二开关M1。定时信号发生器102的一部分功能可以被包括在DC-DC转换器410中。DC-DC转换器410可连接至DC电源407。 DC-DC转换器410被设置用于控制照明装置402的光发射。而且，照明装置402包括具有按串排列(即，彼此串联)的多个光源的照明单元408，如上所述。该光源例如可以是LED、OLED、激光器或激光二极管。该光源可以分离地提供，而且不必是照明装置402的固定部分。
DC电源407被设置用于向DC-DC转换器410并且向照明单元408提供直流电流，并且同样可以被设置用于向渡越时间摄像机的其它组件(例如，检测装置404)供电。
驱动器电路406包括被实现为升压转换器、降压调节器或实现为升压-降压转换器的上述DC-DC转换器410。而且，驱动器电路406还包括上述DC电压至AC电流转换器，其被设置为连接在DC-DC转换器410的下游的脉冲发生器412，并且被设置用于将 DC-DC转换器410的输出电压转换成脉冲串，例如，方波脉冲串。该脉冲发生器412 驱动照明单元408。脉冲发生器412包括上述开关M2和/或M5，并且还包括定时信号发生器102的一部分功能。
例如包括上述电流感测装置Rsense和比较器116的监视单元414连接在照明单元408与DC-DC转换器410的控制单元416之间。控制单元416包括上述定时信号发生器 102的一部分功能。监视单元414和控制单元416形成了负反馈回路，以控制通过照明单元408的电流。监视单元414被设置用于监视通过照明单元408的电流，并且用于生成指示所监视电流的第一信号。因此，该第一信号指示了照明单元408发射的光的量。控制单元416被设置用于响应于(并且基于)由监视单元414生成的第一信号来控制 DC-DC转换器410和/或脉冲发生器412。
而且，控制单元416被设置用于响应于指示渡越时间摄像机的、与相位差确定相关联的新确定周期的开始的第二信号，来控制DC-DC转换器410和/或脉冲发生器412。为此，渡越时间摄像机的检测装置404被设置用于生成该第二信号并且用于将该第二信号提供给控制单元416。响应于指示渡越时间摄像机的新确定周期的开始的第二信号，可以在开始该新确定周期之前，由控制单元416和/或脉冲发生器412来更新通过照明单元408的电流(已经由监视单元414监视)。通过将更新限制成仅在确定周期开始之前，照明单元408在产生一个相位确定的完整测量周期内以稳定的状态被驱动。重要的是，对于被用于确定一个相位测量的所有确定周期来说，照明状态都保持恒定。
虽然在附图和前述描述中例示并详细描述了本发明，但这种例示和描述要被视为例示性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开实施例。本领域技术人员在具体实践要求保护的本发明时，根据对附图、本公开，以及所附权利要求书的学习，可以明白并实现针对所公开实施方式的其它变型例。在相互不同的从属权利要求中陈述的某些措施的这一事实不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求书中的任何标号不应被视为对范围进行限制。

Claims (20)

1.一种与DC电源一起使用的升压转换器电路，该升压转换器电路用于将DC电力转换成脉冲波来驱动负载，该升压转换器电路包括：
DC-DC转换器电路，其包括：用于接收来自所述DC电源的DC电压的端子、第一电感部、电荷存储装置以及第一切换装置和第二切换装置，所述第一电感部耦接至所述端子；所述第一切换装置和所述第二切换装置被设置为以第一频率从所述第一电感部向所述电荷存储装置充电，以及
DC电压-AC电流转换器电路，其包括：第三切换装置；和第二电感部，所述第二电感部耦接至所述电荷存储装置和所述第三切换装置，所述第三切换装置被设置成向所述第二电感部充入电能，并且以第二频率来驱动作为所述负载的脉冲波电流源的所述第二电感部，所述第二频率高于所述第一频率；
其中，所述DC电压-AC电流转换器是DC电压至脉冲波电流转换器，
其中，所述第一切换装置和所述第三切换装置都由定时信号发生器驱动。
2.根据权利要求1所述的升压转换器电路，其中，所述第三切换装置被设置使所述负载短路。
3.根据权利要求1或2所述的升压转换器电路，其中，所述第三切换装置与所述负载并联连接。
4.根据权利要求1或2所述的升压转换器电路，其中，所述电荷存储装置、所述第二电感部、所述负载和所述第三切换装置的排布结构将所述负载上的电压升压为高于所述电荷存储装置上的电压。
5.根据权利要求1或2所述的升压转换器电路，其中，所述第二切换装置是二极管装置。
6.根据权利要求1或2所述的升压转换器电路，所述升压转换器电路还包括第四切换装置，所述第四切换装置用于中断所述负载中的电流。
7.根据权利要求1或2所述的升压转换器电路，所述升压转换器电路还包括电流感测装置，所述电流感测装置用于感测所述负载中的电流。
8.根据权利要求7所述的升压转换器电路，所述升压转换器电路还包括反馈回路，所述反馈回路用于响应于所述电流感测装置的输出来控制所述升压转换器电路。
9.根据权利要求8所述的升压转换器电路，其中，所述反馈回路和所述DC-DC转换器电路响应于所述电流感测装置的输出来控制所述负载中的电流。
10.根据权利要求9所述的升压转换器电路，其中，对电流的控制是通过所述DC-DC转换器电路的PWM控制来实现的。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的升压转换器电路，其中，所述反馈回路被设置为仅以时间间隔来控制所述DC-DC转换器电路。
12.根据权利要求10所述的升压转换器电路，其中，所述负载是一个或更多个光源。
13.根据权利要求12所述的升压转换器电路，其中，所述一个或更多个光源是一个或更多个发光二极管或有机发光二极管或激光器。
14.根据权利要求1、2、8至10、13中任一项所述的升压转换器电路，其中，所述DC电压-AC电流转换器电路被设置为仅从所述DC-DC转换器电路拉DC电流。
15.根据权利要求10所述的升压转换器电路，所述升压转换器电路还包括用于PWM占空比值的输出部。
16.根据权利要求10所述的升压转换器电路，其中，所述PWM控制具有开始模式和停止模式。
17.根据权利要求12所述的升压转换器电路，其中，所述一个或更多个光源是激光二极管。
18.一种包括根据权利要求1至17中任一项所述的升压转换器电路的测距装置、摄像机或传感器。
19.根据权利要求18所述的测距装置、摄像机或传感器，当所述测距装置、摄像机或传感器包括根据权利要求12或13所述的升压转换器电路时，所述测距装置、摄像机或传感器被设置为通过测量在测量周期内由所述一个或更多个光源发射并且被物体反射的光来确定到该物体的距离，由此，所述升压转换器电路被设置为在测量周期之前更新所述PWM控制。
20.根据权利要求19所述的测距装置、摄像机或传感器，其中，所述反馈回路被设置为仅以时间间隔来控制所述DC-DC转换器电路，所述时间间隔被同步到所述测量周期的定时。
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