CN108832479A - 一种预充电激光驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预充电激光驱动电路，包括：电源、第一开关、储能模块、第二开关和激光二极管；其中，第一开关与所述电源相连接，第二开关与地相连接，储能模块的一端与第一开关相连接，储能模块的另一端与第二开关相连接，所述储能模块与激光二极管相连接，且所述激光二极管与第二开关并联连接。本发明降低发射激光的上升沿时间，进而降低测距系统的时间误差，提升测量精度。
Description
技术领域
本发明属于激光发射驱动领域，具体涉及一种预充电激光驱动电路。
背景技术
半导体激光器具有体积小、可靠性强、效率高、重量轻且价格低等优点，使得其在光电子领域的应用非常广泛。近年来，半导体激光器作为发射光源在激光测距、激光检测及目标识别等领域的应用发展尤为迅速。
在实际应用过程中，对激光脉冲宽度和上升沿时间提出越来越高的要求，为获得良好的应用效果通常要求激光脉冲的脉宽窄、上升沿快。尤其在激光雷达测距系统中，需要通过激光脉冲的发射和回波的时间差结合光的传播速度来确定距离，上升沿越宽，则引入的时间误差就会越大，将直接导致测量误差，降低了激光雷达测距的精度。
激光脉冲的上升沿时间直接由驱动电路的性能决定。目前为获得上升沿快的激光脉冲，多采用电容作为储能器件，先对电容充电至电源电压，然后由电容放电供给激光器，产生瞬态大电流。但是，驱动路径上通常存在寄生的分布电感和分布电容，因此在瞬态大电流条件下依然很难得到快速的上升沿。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种预充电激光驱动电路，解决现有技术无法得到脉宽窄、上升沿快的激光脉冲的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种预充电激光驱动电路，包括：电源、第一开关、储能模块、第二开关、激光二极管和逻辑控制模块；
其中，第一开关与所述电源相连接，第二开关与地相连接，储能模块的一端与第一开关相连接，储能模块的另一端与第二开关相连接，所述储能模块与激光二极管相连接，且所述激光二极管与第二开关并联连接；
所述逻辑控制模块分别与第一开关、第二开关相连接，用于判断流经储能模块电流的状态来控制第一开关和/或第二开关的导通和关断。
进一步地，所述逻辑控制模块通过驱动模块分别与第一开关、第二开关相连接。
进一步地，还包括滤波模块，所述电源与第一开关之间引出一点A，该点A与滤波模块相连接。
进一步地，还包括放电模块，所述第一开关和储能模块之间引出一点C，该点C与放电模块相连接。
进一步地，还包括保护模块，所述保护模块与激光二极管并联连接。
进一步地，还包括采样模块，所述采样模块与激光二极管相连接。
进一步地，所述逻辑控制模块判断流经储能模块电流的状态来控制第一开关和/或第二开关的导通和关断，包括：
通过式(一)计算流经储能模块电流达到激光二极管所需驱动电流的时间t；
式(一)中，i为激光二极管所需的驱动电流，L为储能模块的电感值，V为电源的电压，R为采样模块的阻值；
在所述时间t内，第一开关和第二开关导通；在超过时间t后，第一开关导通，且第二开关关断。
进一步地，所述逻辑控制模块判断流经储能模块电流的状态来控制第一开关和/或第二开关的导通和关断，包括：
所述采样模块与逻辑控制模块相连接，所述采样模块通过将所采集的流经储能模块电流与预设电流阈值进行比较，当流经储能模块电流小于预设电流阈值时，第一开关和第二开关导通；当流经储能模块电流大于等于预设电流阈值时，第一开关导通，且第二开关关断。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
本发明通过预先对储能模块充电，使电流达到激光器二极管所需的驱动电流，利用储能模块电流不可跳变的特性，在对激光二极管进行电流输出前预先通过对驱动路径上的储能模块进行预充电，使之达到预期的电流值，然后使用高速开关将储能模块上的电流瞬间接到激光二极管上，这样在开关管切换的瞬间，激光二极管上的电流将会以接近电感上的电流大小流过激光二极管并激发出相对稳定的激光，从而降低了发射激光的上升沿时间，进而降低了测距系统的时间误差，提升了测量精度。
附图说明
图1为本发明在一种实施例下的结构示意图；
图2为本发明在另一种实施例下的结构示意图；
图3为本发明中第一开关、第二开关的时序控制图。
图中各个标号的含义为：1-滤波模块，2-第一开关，3-放电模块，4-储能模块，5-第二开关，6-激光二极管，7-保护模块，8-采样模块，9-驱动模块，10-逻辑控制模块，11-电源。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例：
本实施例提供了一种预充电激光驱动电路，如图1所示，包括：电源11、第一开关2、储能模块4、第二开关5和激光二极管6；
其中，第一开关2与所述电源11相连接，第二开关5与地相连接，储能模块4的一端与第一开关2相连接，储能模块4的另一端与第二开关5相连接，所述储能模块4与激光二极管6相连接，且所述激光二极管6与第二开关5并联连接。
所述逻辑控制模块10分别与第一开关2、第二开关5相连接，用于判断流经储能模块4电流的状态来控制第一开关2和/或第二开关5的导通和关断。
当第一开关2、第二开关5均处于开通状态时，储能模块4与电源11直接相连，电源11向储能模块4进行预充电，当储能模块4中的所存储的电流到达激光二极管6所需驱动电流时，关闭第二开关5，则储能模块4向激光二极管6进行供电，激光二极管6导通，可以使得激光二极管6激发出相对稳定的激光，降低了发射激光的上升沿时间。
本实施例中的第一开关2、第二开关5可以为任一电流控制的开关器件，本实施例采用的为MOS管，储能模块4为一电感。
电流由电源11经第一MOS管、电感、第二MOS管，对电感进行预充电，使电流达到激光二极管6所需的驱动电流i。当电感电流达到激光二极管6所需的驱动电流i后，第二MOS管断开，则由电感保持的电流i流经激光二极管6，驱动激光二极管6直接在所需的电流下工作，避免了0到i的上升过程，降低了脉冲激光的上升沿时间。
本实施例还包括逻辑控制模块10，所述逻辑控制模块10分别与第一开关2、第二开关5相连接，用于控制第一开关2和第二开关5的开通与关断。
通过逻辑控制模块10所发出的时序控制第一开关2和第二开关5的开通与关断，其中逻辑控制模块10通过驱动模块9分别与第一开关2、第二开关5相连接。
本实施例中的逻辑控制模块10可以为任一可以发送控制时序的逻辑控制器件，如单片机等，本实施例采用的是可编辑逻辑控制器，可为ASIC、CPLD、PAL、GAL等，优选为FPGA。
由于电源11提供的电流存在杂波信号，故本实施例还包括滤波模块1，所述电源11与第一开关2之间引出一点A，该点A与滤波模块1相连接，这样可对电源11提供的电流信号进行滤波。本实施例采用两并联电感进行滤波。
由于MOS管的开关速度快，当MOS管接通时，瞬态耗电流极大，电源电压瞬态拉低；当MOS管关断时，同样会产生过电压。因此，所述激光二极管6的驱动电路中设有滤波电容，利用电容两端的电压不能突变的性质，使电源电压在MOS管接通或关断时变得平滑稳定，且可采用电容并联的方式减小电容寄生电阻(ESR)和电感(ESL)，提高滤波电容的工作效果；所述滤波电容一端与电源11连接，另一端接地。
为了防止储能模块4被过冲，本实施例还包括放电模块3，所述第一开关2和储能模块4之间引出一点C，该点C与放电模块3相连接，该放电模块3当储能模块在正常工作范围时保持反向截止状态，而当储能模块出现过冲时导通用于对储能模块放电，以避免对储能模块及其后级处理单元造成损坏。
本实施例利用二极管单向导通的特性对电路元器件进行保护，当第一MOS管关断、第二MOS管导通时为电感进行放电；
本实施例将续流二极管的输出端与C点相连接，将续流二极管的输入端接地构成放电模块。
同时，激光二极管6的两端并联有保护模块7，以防止激光二极管6上出现电流过大而损坏的情况发生。
本实施例将一保护二极管与激光二极管6反并联作为保护模块7。防止激光二极管6两端电压接反时被损坏。
另外，本实施例还包括采样模块8，所述采样模块8与激光二极管6相连接，该采样模块8用于回路中电流或电压的采集。
本实施例中的采样模块8为一电阻，一方面可以通过该电阻进行电压或电流的采集，另一方面也可以避免激光二极管直接与地连接带来的扰动。
如图1，本实施例中逻辑控制模块10判断流经储能模块4电流的状态来控制第一开关2和/或第二开关5的导通和关断，包括：
通过式(一)计算流经储能模块(4)电流达到激光二极管(6)所需驱动电流的时间t；
其中，i为激光二极管6所需的驱动电流，L为电感的电感值，V为电源11的电压，R为采样电阻的阻值。
进一步地，为了精确控制激光二级管驱动时的电流，如图2，将采样模块8与逻辑控制模块10相连接，采样模块8通过将所采集的流经储能模块4电流与预设电流阈值进行比较，当流经储能模块4电流小于预设电流阈值时，第一开关2和第二开关5导通；当流经储能模块4电流大于等于预设电流阈值时，第一开关2导通，且第二开关5关断。通过实时采集回路中的电压与预设的Vref相比较，所述Vref所对应的回路电流为激光二极管的驱动电流，当采样模块非接地端的电压达到Vref时，FPGA依据比较结果控制第二开关的断开，通过储能模块所保持的电流直接给激光二极管供电。
本实施例通过上述两种方法生成控制第一开关2、第二开关5的时序图，以控制第一开关2和/或第二开关5的开通和关断；如图3所示为逻辑控制模块10控制第一开关2、第二开关5的时序图。
Claims (8)
1.一种预充电激光驱动电路，其特征在于，包括：电源(11)、第一开关(2)、储能模块(4)、第二开关(5)、激光二极管(6)和逻辑控制模块(10)；
其中，第一开关(2)与所述电源(11)相连接，第二开关(5)与地相连接，储能模块(4)的一端与第一开关(2)相连接，储能模块(4)的另一端与第二开关(5)相连接，所述储能模块(4)与激光二极管(6)相连接，且所述激光二极管(6)与第二开关(5)并联连接；
所述逻辑控制模块(10)分别与第一开关(2)、第二开关(5)相连接，用于判断流经储能模块(4)电流的状态来控制第一开关(2)和/或第二开关(5)的导通和关断。
2.根据权利要求1所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制模块(10)通过驱动模块(9)分别与第一开关(2)、第二开关(5)相连接。
3.根据权利要求1所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，还包括滤波模块(1)，所述电源(11)与第一开关(2)之间引出一点A，该点A与滤波模块(1)相连接。
4.根据权利要求1所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，还包括放电模块(3)，所述第一开关(2)和储能模块(4)之间引出一点C，该点C与放电模块(3)相连接。
5.根据权利要求1所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，还包括保护模块(7)，所述保护模块(7)与激光二极管(6)并联连接。
6.根据权利要求1所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，还包括采样模块(8)，所述采样模块(8)与激光二极管(6)相连接。
7.根据权利要求6所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制模块(10)判断流经储能模块(4)电流的状态来控制第一开关(2)和/或第二开关(5)的导通和关断，包括：
通过式(一)计算流经储能模块(4)电流达到激光二极管(6)所需驱动电流的时间t；
式(一)中，i为激光二极管(6)所需的驱动电流，L为储能模块的电感值，V为电源(11)的电压，R为采样模块的阻值；
在所述时间t内，第一开关(2)和第二开关(5)导通；在超过时间t后，第一开关(2)导通，且第二开关(5)关断。
8.根据权利要求6所述的预充电激光驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制模块(10)判断流经储能模块(4)电流的状态来控制第一开关(2)和/或第二开关(5)的导通和关断，包括：
所述采样模块(8)与逻辑控制模块(10)相连接，所述采样模块(8)通过将所采集的流经储能模块(4)电流与预设电流阈值进行比较，当流经储能模块(4)电流小于预设电流阈值时，第一开关(2)和第二开关(5)导通；当流经储能模块(4)电流大于等于预设电流阈值时，第一开关(2)导通，且第二开关(5)关断。
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