CN109378704B - 用于驱动激光二极管的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了用于驱动激光二极管的驱动器电路和方法。根据第一示例性实施方式，驱动器电路包括：连接至输出节点的第一电子开关，该输出节点被配置成可操作地连接至激光二极管。第一电子开关与输出节点之间的电连接具有第一电感。该驱动器电路还包括旁路电路，该旁路电路耦接至输出节点并且被配置成当被激活时接收经由第一电子开关提供至输出节点的电流，从而使第一电感磁化。

Description

用于驱动激光二极管的电路和方法
技术领域
本公开总体涉及用于激光二极管的驱动器电路的领域，并且具体涉及允许产生用于激光雷达(LIDAR)系统的短激光脉冲的驱动器电路。
背景技术
光探测和光测距(LIDAR)涉及一种通过用脉冲激光照射目标来测量到物体(称为目标)的距离的测量方法，其中距离信息可以由从光源行进到目标并返回到检测器的光脉冲的飞行时间(TOF)获得。该飞行时间有时也被称为往返延迟时间(RTDT)；测量的距离基本上是RTDT和光速之间的乘积。例如，在所谓的飞行时间相机(TOF相机)中使用LIDAR，其允许将深度信息映射到单个像素并同时将整个场景捕获在TOF相机的视野内。与此相反，扫描LIDAR通过用例如诸如微扫描器(也称为微扫描镜)等反射镜而使激光偏转来逐点扫描场景。
到达检测器的反射光脉冲的辐照度(每单位面积的功率)随着目标距离的增加而减小。为了达到高达数十或数百米的测量范围，所发射的激光的辐射功率(以及因此激光二极管的电功率)相当高。然而，为了确保激光脉冲对于站在附近的人的眼睛无害，激光脉冲必须相当短以限制激光脉冲的辐射能量。对于矩形脉冲(随时间变化的功率)，脉冲能量将与脉冲宽度和功率的乘积成比例。在一个实际的示例中，在脉冲宽度在1ns至100ns的范围内的情形下，激光脉冲的峰值功率可以高达80W或更高。为了产生这种短脉冲，用于驱动激光二极管的驱动器电子器件应当能够以极短的上升和下降时间来切换激光二极管的负载电流。
发明内容
本文描述了用于驱动激光二极管的驱动器电路。根据第一示例性实施方式，驱动器电路包括：连接至输出节点的第一电子开关，该输出节点被配置成可操作地连接至激光二极管。第一电子开关与输出节点之间的电连接具有第一电感。所述驱动器电路还包括旁路电路，所述旁路电路被耦接至所述输出节点并且被配置成当被激活时接收经由第一电子开关提供至输出节点的电流，从而使第一电感磁化。
根据第二示例性实施方式，所述驱动器电路包括形成H桥的第一晶体管半桥和第二晶体管半桥，所述H桥具有第一输出节点和第二输出节点，所述第一输出节点和第二输出节点被配置成在其间可操作地耦接激光二极管。每个晶体管半桥由高侧晶体管和低侧晶体管组成。控制电路被配置成在预充电阶段中接通第一晶体管半桥和第二晶体管半桥的高侧晶体管和低侧晶体管以使与高侧晶体管和低侧晶体管串联耦接的任何电感磁化。控制电路被配置成在斜升阶段关断第一晶体管半桥的低侧晶体管和第二晶体管半桥的高侧晶体管，从而将通过第一晶体管半桥的高侧晶体管和第二晶体管半桥的低侧晶体管并通过与第一晶体管半桥的高侧晶体管和第二晶体管半桥的低侧晶体管串联耦接的电感的电流经由第一输出节点和第二输出节点引导通过激光二极管。
此外，本文描述了用于驱动激光二极管的方法。根据一个示例性实施方式，该方法包括将第一电流经由第一电子开关引导至可操作地耦接至激光二极管的输出节点。从而，使在第一电子开关和输出节点之间的有效的第一电感被磁化。该方法还包括通过激活旁路电路使第一电流从输出节点引出。从而，使激光二极管被旁路。此外，该方法包括通过去激活旁路电路经由输出节点将第一电流引导至激光二极管。
附图说明
参照以下描述和附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。在附图中：
图1示出了(图1中的(a))激光二极管和用于切换激光二极管的电子开关的电路图，以及(图1中的(b))对应的芯片封装的示意图。
图2示出了包括寄生电感的激光二极管封装的电气等效电路。
图3是示出用于驱动激光二极管的驱动器电路的第一示例的电路图。
图4包括示出图3的电路的功能的时序图。
图5是示出用于驱动激光二极管的驱动器电路的第二示例的电路图。
图6包括示出图5的电路的功能的时序图。
图7是示出用于驱动激光二极管的驱动器电路的第三示例的电路图。
图8包括示出图7的电路的功能的时序图。
图9是示出用于驱动激光二极管的驱动器电路的第四示例的电路图。
图10是示出用于驱动激光二极管的一个示例性方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了激光二极管和用于驱动激光二极管的驱动电路的一部分。图1中的(a)是激光二极管DL和用于接通及关断激光二极管DL的电子开关THS的电路图。因此，激光二极管DL和电子开关THS的串联电路被耦接在接地端子GND和电源端子之间，在该电源端子处施加电源电压VS。至少一个电容器(在本示例中为电容器C1和C2的并联电路)并联连接至激光二极管DL和电子开关THS的串联电路，以便缓冲电源电压VS并将负载电流提供至激光二极管DL。电子开关THS可以是MOSFET或任意其他合适的晶体管类型(例如BJT)。在本示例中，电子开关THS的控制(栅极或基极)端子被标记为ON。通常需要由电容器C1和C2提供的缓冲电容来实现负载电流的快速瞬变。
图1中的(b)是激光二极管模块1的示意图，该激光二极管模块1具有包括图1中的(a)的电路的芯片封装10。因此，芯片封装包括：包括电子开关THS的第一半导体管芯、包括激光二极管DL的第二半导体管芯以及提供缓冲电容的至少第三半导体管芯。对应于图1中的(a)，在本示例中使用单独的电容器。引线框11提供与电源端子(电压VS)、接地端子GND和控制端子ON相对应的三个引脚，其中中间端子是电源端子。包括缓冲电容器C1和C2的半导体管芯直接(即不使用接合线)接合(例如焊接)至引线框11，并在代表接地端子和电源端子的管脚之间提供缓冲电容。包括MOSFET THS的半导体管芯的底部金属化代表MOSFET的漏电极，并且直接接合至代表电源端子的管脚。MOSFET THS的顶部金属化层中的栅电极经由接合线连接至代表控制端子ON的管脚。类似地，MOSFET THS的顶部金属化层中的源电极经由接合线12连接至激光二极管DL的顶表面上的阳电极。激光二极管DL的底表面处的阴电极直接接合至引线框11。
图2示出了图1的激光二极管模块1的简化的电气等效电路。另外，图2的电路包括栅极驱动器电路41，其耦接至MOSFET THS的控制电极并配置成根据逻辑信号SON生成适合于接通及关断MOSFET THS的驱动信号。除去栅极驱动器41，除了电感器L1、LC和LG之外，图2的电路与图1中的(a)基本相同，L1、LC和LG分别表示接合线12的寄生电感(对应于电感L1)、电容器C1和C2与激光二极管DL之间的电连接的寄生电感(对应于电感LC)以及控制端子ON与MOSFET THS的实际控制电极之间的电连接(例如，接合线)的寄生电感(对应于电感LG)。栅极驱动器41和电子开关THS一起可以被视为用于驱动激光二极管DL的驱动器电路4。
在LIDAR系统中，测量范围取决于激光脉冲的辐射功率。然而，为了限制脉冲能量(为了保护LIDAR系统的环境中的人员的眼睛)，激光脉冲需要相当短。有效寄生电感LEFF(LEFF＝LC+L1)两端的电压降VLEFF由下式给出：
VLEFF＝LEFF·ΔiL/t上升以及VLEFF＝LEFF·ΔiL/t下降
其中ΔiL是负载电流的变化(例如从0A至40A或从40A至0A)，t上升是相应的上升时间并且t下降是相应的下降时间。假设5nH的有效电感和2ns的上升时间产生100V的电压降。由此，包括电容器的系统必须被设计用于超过110V的电压(假设在激光二极管和MOSFET两端的电压降为10V)，以便在期望的上升时间内实现期望的峰值电流。应当注意的是，对于某些应用来说，2ns的上升时间可能太长。利用如图1(图1中的(b))所示的集成方法，电感LEFF可以显著降低(例如，低于2nH或甚至低于1nH)。剩余电感主要由用于连接MOSFET THS和激光二极管DL的接合线12引起。例如，当负载电流在0.5ns的上升时间内斜升到40A时，在电感LEFF降低至1nH的情形下，电压降VLEFF仍为80V。
从上述分析的一个理解是，需要相对较高的电压(与激光二极管的正向电压相比)来产生通过激光二极管的负载电流的快速电流瞬变(非常短的上升时间或下降时间内的陡峭电流斜坡)。较高的电压会引起驱动器电路的复杂性和成本增加。例如，如需要具有相当的击穿电压的晶体管和缓冲电容器；可能需要电荷泵来将缓冲电容器充电到期望的电压。本文中描述的驱动器电路被设计成产生陡峭的电流斜坡，以便以相当低的电源电压来驱动激光二极管。
图3是示出用于驱动激光二极管DL的驱动器电路4的第一示例的电路图。如在图2的示例中那样，与激光二极管DL的电流斜坡的产生有关的寄生电感示出在图3中。因此，驱动器电路包括晶体管半桥，其由高侧晶体管THS和低侧晶体管TLS组成。这些晶体管THS和TLS串联耦接在施加有电源电压VS的电源节点SUP与处于参考电位VGND(例如0V)的接地节点GND之间。形成晶体管半桥的中间抽头的电路节点表示为OUT。连接电路节点OUT和晶体管THS和TLS的电线由电感器L1和L2表示。如上所讨论的，所提及到的接合线或接触晶体管电极的任何其他电线可能会产生显著的电感。如可在图3中所见，激光二极管DL连接在电路节点OUT和接地GND之间。此外，由电容器C统一表示的一个或更多个缓冲电容器连接在电源节点SUP和接地GND之间。如在图2的示例中，与电容器C串联连接的电感器LC表示由与一个或更多个电容器接触的电线产生的寄生电感。在本示例中，晶体管THS和TLS是n沟道MOSFET。然而，在其他实现方式中可以使用任何其他晶体管类型(例如，双极结型晶体管)。当使用MOSFET时，高侧晶体管THS也可以实现为p沟道MOS晶体管。
箝位电路CL1和CL2分别耦接至晶体管THS和TLS。当晶体管THS被关断时，箝位电路CL1被配置成接收通过电感器L1的电感器电流i1。因此，晶体管THS的栅极在短时间段内被(重新)激活(或者使去激活延迟达短时间段)，从而允许电感器L1“放电”(去磁)。类似地，当晶体管TLS关断时，箝位电路CL2被配置成接收通过电感器L2的电感器电流i2。类似地，晶体管TLS的栅极在短时间段内被(重新)激活(或者使去激活延迟达短时间段)，从而允许电感器L2“放电”(去磁)。所提及的在箝位期间晶体管THS和TLS的重新激活(或去激活延迟)由在晶体管THS和TLS两端的漏源电压超过由箝位电路中包括的齐纳二极管限定的箝位电压来触发。除了电流换向之外，箝位电路CL1和CL2可以限制在栅极电介质两端的电压，以便分别保护晶体管THS和TLS(在MOS晶体管的情况下)。
在本示例中，箝位电路CL1连接在晶体管THS的源电极和电源节点SUP之间，并且包括齐纳二极管DZ1A、DZ1B和正常二极管D1的串联电路。在使电感器电流i1换向时，二极管D1正向偏置，并且齐纳二极管DZ1A和DZ1B工作在齐纳击穿或雪崩击穿并且因此反向导通。齐纳二极管DZ1A连接在晶体管THS的源极和栅极之间，以限制栅源电压并保护晶体管THS的栅极电介质。二极管D1和齐纳二极管DZ1B连接在晶体管THS的栅极和电源节点SUP之间。箝位电路CL2包括耦接在晶体管TLS的漏极和栅极之间的齐纳二极管DZ2B和正常二极管D2的串联电路以及耦接在晶体管TLS的栅极和源极之间的另一个齐纳二极管DZ2A。在使电感器电流i2换向时，二极管D2正向偏置，齐纳二极管DZ2B工作在齐纳击穿或雪崩击穿并且因此反向导通。连接在晶体管TLS的漏极和栅极之间的二极管D2和DZ2B因此可以将晶体管TLS的栅极电势(当漏极电压上升到例如40V的上述箝位电压时)上拉至足以使晶体管的完全关断延迟达短时间间隔的高电平，在此期间电感器L2可以去磁。箝位电路CL1基本上以相同的方式进行操作。
应当注意的是，箝位电路CL1和CL2仅仅是适用于n沟道MOS晶体管THS和TLS的一个示例性实施方式。箝位电路的其他实现方式可以根据实际应用来使用。当晶体管THS和TLS接通时，二极管D1和D2分别阻断通过晶体管THS和TLS的栅极和漏极之间的齐纳二极管DZ1B和DZ2B的电流路径。如上所述，箝位电路CL1和CL2的主要目的是箝位，即当各个晶体管关断时接收电感器电流，以便延迟各个晶体管的实际关断并且允许相应电感器的去磁。应当注意的是，在图3的示例中省略了栅极驱动器(参见图2，栅极驱动器41)，以便保持图示简洁。合适的栅极驱动器电路本身已知并且因此将不进行更详细地说明。
现在参照图4所示的时序图来对图3的驱动器电路的功能进行说明。在LIDAR系统中，通常产生一系列连续的电流(和光)脉冲以获得相应范围测量值的序列。时序图示出了贯穿一个脉冲周期(即，时刻t0至时刻t4)的电感器电流i1和i2以及穿过激光二极管DL的负载电流iD(二极管电流)。根据本示例，在实际接通二极管电流iD之前，电感器i1和i2利用磁通量被“预充电”(即，被磁化)。图4中的(a)示出了电感器电流i1的一个示例性波形，图4中的(b)示出了电感器电流i2的一个示例性波形，以及图4中的(c)示出了二极管电流iD的一个示例性波形。
根据图4的示例，脉冲周期可以被分割成五个阶段。在第一阶段(时刻t0之前以及时刻t3和t4之间)期间，晶体管THS和TLS两者都关断，并且电感器电流i1和i2以及二极管电流iD为零(关断阶段)。第二阶段是在时刻t0(或随后脉冲周期中的t4)开始的预充电阶段，在此期间晶体管THS和TLS两者都导电(接通)。电感L1和L2(以及它们的本征串联电阻)形成分压器并被设计成使得晶体管半桥的中间抽头OUT(其也是分压器的中间抽头)处的电压VD不超过激光二极管DL的正向电压(例如2.2V)。因此，二极管电流iD在预充电阶段基本上保持为零，而电感器电流i1和i2(i1＝i2，iD＝0)如图4中的(a)和(b)所示斜升。由此，电感器电流i1和i2的斜率k1为k1＝(V1+V2)/(L1+L2)，其中V1和V2分别表示在电感器L1和L2两端的电压降。在时刻t1，存储在电感器L1和L2中的能量E1和E2分别是E1＝(L1·i1 2)/2和E1＝(L2·i2 2)/2。在电感器两端的电压V1+V2相对较低，例如，2V至5V。应当注意的是，低侧晶体管TLS可以被视为旁路电路，其被配置成当被激活时接收经由高侧晶体管THS提供的电感器电流i1(应当注意的是，在预充电阶段期间i1＝i2)并且在该阶段期间二极管电流iD基本保持为零。
第三阶段是在时刻t1开始的斜升阶段，在此期间晶体管THS保持接通，而晶体管TLS在时刻t1关断。当通过晶体管TLS的电流路径不再可用时，电感器电流i1经由激光二极管被引出，并且二极管电流iD在非常短的上升时间内非常急剧地斜升，而电感器电流i2被箝位电路CL2相当快速地换向。在此阶段期间，在电感器L2两端的电压V2可以下降到约-40V。第四阶段被称为接通阶段，并在时刻t2开始，在时刻t2处电感器电流i2达到零，并且电感器L2被完全去磁。接通阶段持续直到时刻t2’。第五阶段是在时刻t2’开始的斜降阶段，在此期间晶体管TLS保持关断，其中晶体管THS在时刻t2’也被关断。当通过晶体管THS的电流路径不再可用时，电感器电流i1通过箝位电路CL1相对快速地进行换向。如上所提及的，齐纳二极管DZ1A确保了晶体管THS的栅源电压不会变得太高，从而保护栅极电介质。在此阶段，在电感L1两端的电压V1可能下降到约-40V。在时刻t3，电感器电流i1下降到零安培(即，电感器L1完全去磁)，斜降阶段结束并且所提及的关断阶段开始直到在时间t4处开始新的预充电阶段。
图5是示出用于驱动激光二极管DL的驱动器电路4的另一实现方式的电路图。在本示例中，驱动器电路包括四个晶体管，其连接至两个晶体管半桥并因此形成晶体管H桥。因此，第一半桥由高侧晶体管T1和低侧晶体管T11形成。电路节点OUT1是第一半桥的中间抽头。类似地，第二半桥由高侧晶体管T22和低侧晶体管T2形成。电路节点OUT2是第二半桥的中间抽头。两个半桥都连接在施加有电源电压VS的电源节点SUP与接地节点GND之间。激光二极管DL连接在电路节点OUT1和OUT2之间。电路节点OUT1与晶体管T1和T11之间的电线的电感分别由电感器L1和L11表示。类似地，电路节点OUT2和晶体管T2和T22之间的电线的电感分别由电感器L2和L22表示。每个晶体管T1、T2、T11、T22分别通过分别由齐纳二极管DZ1、DZ2、DZ11、DZ22表示的各自箝位电路耦接。应当注意的是，在本示例中箝位电路被简化，并且在其他示例中可能更复杂(例如，如图3中那样)。
现在参照图6的时序图对图5的驱动器电路的功能进行说明。然而，应当注意的是，本示例的操作原理与先前图3中所示的示例的操作原理类似。因此，在预充电阶段期间，电感器L1和L11以及L2和L22被预充电，其中所有晶体管T1、T11、T2、T22导电(接通)。该阶段在图6的时序图中示出在时刻t0和t1之间。图6中的前四个图(从顶图开始)示出了施加到晶体管T1、T11、T2、T22的栅极信号的示例性波形。图6的底图示出了电感器电流i1和二极管电流iD的示例性波形。可以看到，电感器电流i1＝i11，且在时刻t0(在此时刻所有晶体管都接通)和时刻t1之间上升。在对称设置中，电路节点OUT1和OUT2处的电压在预充电阶段期间相同，因此在激光二极管DL两端的电压VDL为零；电感器电流是相同的，即i1＝i2＝i11＝i22。如在先前图3的示例中那样，晶体管T11(以及晶体管T22)可以被视为旁路电路，其被配置成当在预充电阶段期间被激活时提供用于电感器电流的电流路径以旁路激光器二极管DL。当被去激活时(在随后的斜升阶段开始时)，该旁路闭合，并且电流被迫通过激光二极管。
在时刻t1，通过触发晶体管T11和T22的关断来启动斜升阶段。因此，电感器电流i1和i2被激光二极管DL接收，并且因此二极管电流iD在非常短的上升时间t上升＝t2-t1内斜升，而电感器电流i11和i22由齐纳二极管DZ11和DZ22(箝位电路CL11和CL22)接收。除了图3的示例之外，晶体管T1和T2在时刻t2和t2’之间(即在时刻t2’之前的接通阶段期间)保持接通，在斜降阶段的开始处触发晶体管T1和T2的关断。在斜降阶段期间(时刻t2’和t3之间)，电感器电流i1和i2被齐纳二极管DZ1和DZ2(箝位电路CL1和CL2)接收，并且电流下降到零(参见图6，时刻t3)。随后的阶段是关断阶段，该阶段持续直到新的预充电阶段被触发为止。
图7是示出用于驱动激光二极管DL的驱动器电路4的另一实现方式的电路图。图7的示例是先前图3的示例的变型，其具有附加安全特征。如上所述，激光二极管的最大辐射功率相当高(高达例如40W以及更多)，以便在LIDAR系统中实现显著的测量范围。然而，为了将脉冲能量(辐射功率乘以脉冲宽度)限制为对人眼无害的值(对于给定的脉冲重复频率)，脉冲的持续时间(脉冲宽度)必须足够短。当使用如图3所示的驱动器电路时，当高侧开关THS没有关断二极管电流iD(无论出于什么原因)时可能出现危险情况。在这种情况下，激光二极管将作为具有几瓦特辐射功率的连续波(CW)激光器(其将对应于3B类或4类激光器)进行操作。
图7的示例基本上与图3的示例相同，其中在电路节点OUT(由晶体管THS和TLS形成的半桥的中间抽头)与激光器二极管DL之间插入额外的电容器C0。由高侧晶体管THS和电路节点OUT之间的电线引起的寄生电感由电感器L1表示。由电路节点OUT和电容器C0之间的电线引起的寄生电感由电感器L2表示。电容器C0使高侧晶体管THS(从而提供电源电压VS的电源节点)与激光二极管关于DC电流而去耦。因此，即使高侧晶体管会引起电路节点OUT和电源节点(电压VS)之间的短路，激光二极管DL的CW操作也被电容器C0阻止，电容器C0阻断来自激光二极管DL的DC电流。为了安全地关断激光二极管DL，可以将另一低侧开关TLS’并联耦接至激光二极管DL。由激光二极管DL和晶体管TLS’之间的电线引起的寄生电感由电感L3表示，电感L3可以具有相当低的电感。
现在参照图8的时序图来对图7的驱动器电路的功能进行说明。因此，在时刻t0和t1之间的第一阶段(预充电阶段)中，高侧晶体管THS和附加低侧晶体管TLS’导电，而低侧晶体管TLS关断。因此，通过电感器L1、L2和L3以及电容器C0的电感器电流i1如图3的示例那样斜升。存储在电感器L1+L2+L3中的能量E123为E123＝((L1+L2+L3)·i1 2)/2。在第二阶段(能量传递阶段)期间，电感中确定的能量E123被传递到电容器C0，引起通过电容器C0的瞬态电流，并且当晶体管TLS’在时刻t1(参见图8中的第二时序图)被关断时，该瞬态电流经由激光二极管DL被引出。由激光二极管产生相应的辐射功率输出。电容器C0可以在时刻t3开始的第三阶段中被放电，在t3时刻，两个低侧晶体管TLS和TLS’被接通。当触发新的脉冲周期时，晶体管TLS可以保持接通直到时刻t4。换句话说，晶体管TLS在产生的(电流和相应的光)脉冲的结束处被激活，以使电容器C0完全放电，从而确保以同样限定的初始条件(电容器C0放电)产生脉冲。
如在图4、图6和图8所示的时序图中可以看出，各个晶体管的切换时刻的定时确定了由激光二极管产生的辐射功率输出的脉冲宽度。图9的示例与先前图3的示例相同。然而，本示例另外示出了用于分别产生用于晶体管THS和TLS的栅极电压VGHS和VGLS的栅极驱动器电路41a和41b。栅极驱动器41a和41b被配置成分别根据(二进制)逻辑信号ONHS和ONLS来产生栅极电压VGHS和VGLS。根据本示例，可编程延迟电路42a、42b可以分别耦接至栅极驱动器41a和41b的输入端。延迟电路42a、42b被配置成将逻辑信号ONHS和ONLS延迟达定义的(可调节的)延迟时间。使用延迟电路42a、42b，可以微调逻辑信号ONHS和ONLS(进而可以微调栅极电压VGHS和VGLS)的定时。在一些应用中，例如为了补偿寄生电感的变化可能需要这种微调，并且可以在生产测试期间的生产结束时使用例如自动测试设备进行微调。延迟可以存储在一次性可编程(OTP)存储器、EPROM等中。逻辑信号ONHS和ONLS可以由控制器电路CTRL产生，并且这些信号的产生可以由输入信号IN(逻辑信号)触发。应当理解的是，控制器电路CTRL可以是任何合适的逻辑电路，并且可以例如使用可编程逻辑电路、执行软件指令的微控制器等来实现。应当理解的是，在本文所描述的任何示例中，供应至高侧晶体管和低侧晶体管的栅极电压可以以与图9的本示例类似的方式来产生。
图10是示出了用于驱动激光二极管的一个示例性方法的流程图。该方法可以使用本文描述的任何驱动器电路来实现。首先，在预充电阶段期间，经由第一电子开关(参见图3和图7，高侧晶体管THS；以及图5，晶体管T11)将电流(参见例如图3、图5和图7，电感器电流i1)引导至与激光二极管耦接的输出节点(节点OUT或OUT1)(图10，步骤81)。因此，在第一电子开关和输出节点之间的有效的第一电感被磁化。另外，在预充电阶段，通过激活的旁路电路(参见图3、图5和图7，分别接通的低侧晶体管TLS、T11和TLS’)将电流i1从输出节点引出(图10，步骤82)。因此，激光二极管被旁路并且二极管电流基本为零，而电感器被磁化(预充电)。在随后的斜升阶段，通过去激活旁路电路(参见图3、图5和图7，分别关断低侧晶体管TLS、T11和TLS’)将电流i1经由输出节点引导至激光二极管(图10，步骤83)。由于在电流路径中的有效的电感已经被磁化，所以二极管电流可以非常急剧地斜升，导致上升时间相对较短。
虽然已经针对一个或更多个实现方式说明和描述了本发明，但是在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下可以对所说明的示例进行改变和/或修改。特别是关于由上述部件或结构(单元、组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能、用于描述这些部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在(除非另外指出)与执行所描述的部件的指定功能的任何部件或结构对应(例如，功能上等同)，即使在结构上与执行本文所示的本发明示例性实现方式中的功能的所公开结构不等同。。
另外，虽然可能已经针对几个实现方式中的仅仅一个公开了本发明的特定特征，但是当对于任何给定或特定的应用是期望的和有利的时，这种特征可以与其他实现方式的一个或更多个其他特征组合。此外，就具体实施方式部分和权利要求书中使用的术语“包括(including)”、“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“有(with)”或其变型而言，这样的术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式而包括在内。
综上，在根据本发明的实施例中，本发明提供了如下示例。
示例1.一种用于驱动激光二极管的驱动器电路，包括：
连接至输出节点的第一电子开关，所述输出节点被配置成可操作地连接至所述激光二极管；所述第一电子开关和所述输出节点之间的电连接具有第一电感；
旁路电路，其耦接至所述输出节点并且被配置成当被激活时接收经由所述第一电子开关提供至所述输出节点的电流，从而使所述第一电感磁化。
示例2.根据示例1所述的驱动器电路，
其中，所述输出节点和所述旁路电路之间的电连接具有第二电感，所述第二电感在所述旁路电路被激活时也被磁化。
示例3.根据示例1或2所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成根据箝位电压来限制在所述第一电子开关两端的电压降。
示例4.根据示例1至3中任一项所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成在关断所述第一电子开关期间延迟所述关断以便使所述第一电感去磁。
示例5.根据示例1至4中任一项所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的控制电极的第一驱动器，所述第一驱动器被配置成根据第一控制信号来产生驱动信号以使所述第一电子开关接通或关断。
示例6.根据示例5所述的驱动器电路，还包括：
第一延迟电路，其被耦接至所述第一驱动器并且被配置成将所述第一控制信号延迟可调节的延迟时间。
示例7.根据示例1至6中任一项所述的驱动器电路，
其中，所述旁路电路包括连接至所述输出节点的第二电子开关，所述第二电子开关和所述输出节点之间的电连接具有第二电感。
示例8.根据示例7所述的驱动器电路，
其中，所述旁路电路还包括耦接至所述第二电子开关的箝位电路，所述箝位电路被配置成当所述第二电子开关被关断时接收通过所述第二电感的电流。
示例9.根据示例7或8所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第二电子开关的控制电极的第二驱动器，所述第二驱动器被配置成根据第二控制信号来产生驱动信号以使所述第二电子开关接通或关断。
示例10.根据示例9所述的驱动器电路，还包括：
第二延迟电路，所述第二延迟电路被耦接至所述第二驱动器并且被配置成将所述第二控制信号延迟可调节的延迟时间。
示例11.根据示例1至10中任一项所述的驱动器电路，还包括：
耦接在所述第一电子开关和所述输出节点之间的电容器，以阻断从所述第一电子开关流向所述输出节点的DC电流。
示例12.根据示例11所述的驱动器电路，还包括：
与所述激光二极管可操作地并联的第三电子开关。
示例13.根据示例1至12中任一项所述的驱动器电路，还包括：
包括第三电子开关和第四电子开关的半桥，所述半桥耦接在电源节点和接地节点之间，所述半桥的中间抽头形成被配置成可操作地耦接至所述激光二极管的另一输出节点，使得所述激光二极管耦接在所述输出节点和所述另一输出节点之间。
示例14.根据示例13所述的驱动器电路，
其中，所述第三电子开关与所述另一输出节点之间的电连接具有第三电感；以及
其中，所述第四电子开关与所述另一输出节点之间的电连接具有第四电感。
示例15.根据示例14所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第三电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成当所述第三电子开关被关断时接收通过所述第三电感的电流；以及
耦接至所述第四电子开关的另一箝位电路，该另一箝位电路被配置成当所述第四电子开关被关断时接收通过所述第四电感的电流。
示例16.一种用于驱动激光二极管的驱动器电路，包括：
形成H桥的第一晶体管半桥和第二晶体管半桥，所述H桥具有第一输出节点和第二输出节点，所述第一输出节点和所述第二输出节点被配置成在其间可操作地耦接激光二极管；每个晶体管半桥由高侧晶体管和低侧晶体管组成；以及
控制电路，其被配置成：
在预充电阶段，接通所述第一晶体管半桥和所述第二晶体管半桥的高侧晶体管和低侧晶体管以使与所述高侧晶体管和所述低侧晶体管串联耦接的任何电感磁化；以及
在斜升阶段，关断所述第一晶体管半桥的低侧晶体管和所述第二晶体管半桥的高侧晶体管，从而将通过所述第一晶体管半桥的高侧晶体管和所述第二晶体管半桥的低侧晶体管并且通过串联耦接至所述第一晶体管半桥的高侧晶体管和所述第二晶体管半桥的低侧晶体管的电感的电流经由所述第一输出节点和所述第二输出节点引导通过所述激光二极管。
示例17.一种用于驱动激光二极管的方法，包括：
将第一电流经由第一电子开关引导至可操作地耦接至所述激光二极管的输出节点，从而使在所述第一电子开关和所述输出节点之间的有效的第一电感磁化；
通过激活旁路电路使所述第一电流从所述输出节点引出，从而使所述激光二极管被旁路；
通过去激活所述旁路电路将所述第一电流经由所述输出节点引导至所述激光二极管。

Claims (17)

1.一种用于驱动激光二极管的驱动器电路，包括：
连接至输出节点的第一电子开关，所述输出节点被配置成可操作地连接至所述激光二极管；所述第一电子开关和所述输出节点之间的电连接具有第一电感；
旁路电路，其耦接至所述输出节点并且被配置成当被激活时接收经由所述第一电子开关提供至所述输出节点的电流，从而使所述第一电感磁化。
2.根据权利要求1所述的驱动器电路，
其中，所述输出节点和所述旁路电路之间的电连接具有第二电感，所述第二电感在所述旁路电路被激活时也被磁化。
3.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成根据箝位电压来限制在所述第一电子开关两端的电压降。
4.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成在关断所述第一电子开关期间延迟所述关断以便使所述第一电感去磁。
5.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第一电子开关的控制电极的第一驱动器，所述第一驱动器被配置成根据第一控制信号来产生驱动信号以使所述第一电子开关接通或关断。
6.根据权利要求5所述的驱动器电路，还包括：
第一延迟电路，其被耦接至所述第一驱动器并且被配置成将所述第一控制信号延迟可调节的延迟时间。
7.根据权利要求1所述的驱动器电路，
其中，所述旁路电路包括连接至所述输出节点的第二电子开关，所述第二电子开关和所述输出节点之间的电连接具有第二电感。
8.根据权利要求7所述的驱动器电路，
其中，所述旁路电路还包括耦接至所述第二电子开关的箝位电路，所述箝位电路被配置成当所述第二电子开关被关断时接收通过所述第二电感的电流。
9.根据权利要求7或8所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第二电子开关的控制电极的第二驱动器，所述第二驱动器被配置成根据第二控制信号来产生驱动信号以使所述第二电子开关接通或关断。
10.根据权利要求9所述的驱动器电路，还包括：
第二延迟电路，所述第二延迟电路被耦接至所述第二驱动器并且被配置成将所述第二控制信号延迟可调节的延迟时间。
11.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，还包括：
耦接在所述第一电子开关和所述输出节点之间的电容器，以阻断从所述第一电子开关流向所述输出节点的DC电流。
12.根据权利要求11所述的驱动器电路，还包括：
与所述激光二极管可操作地并联的第三电子开关。
13.根据权利要求1或2所述的驱动器电路，还包括：
包括第三电子开关和第四电子开关的半桥，所述半桥耦接在电源节点和接地节点之间，所述半桥的中间抽头形成被配置成可操作地耦接至所述激光二极管的另一输出节点，使得所述激光二极管耦接在所述输出节点和所述另一输出节点之间。
14.根据权利要求13所述的驱动器电路，
其中，所述第三电子开关与所述另一输出节点之间的电连接具有第三电感；以及
其中，所述第四电子开关与所述另一输出节点之间的电连接具有第四电感。
15.根据权利要求14所述的驱动器电路，还包括：
耦接至所述第三电子开关的箝位电路，该箝位电路被配置成当所述第三电子开关被关断时接收通过所述第三电感的电流；以及
耦接至所述第四电子开关的另一箝位电路，该另一箝位电路被配置成当所述第四电子开关被关断时接收通过所述第四电感的电流。
16.一种用于驱动激光二极管的驱动器电路，包括：
形成H桥的第一晶体管半桥和第二晶体管半桥，所述H桥具有第一输出节点和第二输出节点，所述第一输出节点和所述第二输出节点被配置成在其间可操作地耦接激光二极管；每个晶体管半桥由高侧晶体管和低侧晶体管组成；以及
控制电路，其被配置成：
在预充电阶段，接通所述第一晶体管半桥和所述第二晶体管半桥的高侧晶体管和低侧晶体管以使与所述第一晶体管半桥和所述第二晶体管半桥的高侧晶体管和低侧晶体管串联耦接的任何电感磁化；以及
在斜升阶段，关断所述第一晶体管半桥的低侧晶体管和所述第二晶体管半桥的高侧晶体管，从而将通过所述第一晶体管半桥的高侧晶体管和所述第二晶体管半桥的低侧晶体管并且通过串联耦接至所述第一晶体管半桥的高侧晶体管和所述第二晶体管半桥的低侧晶体管的电感的电流经由所述第一输出节点和所述第二输出节点引导通过所述激光二极管。
17.一种用于驱动激光二极管的方法，包括：
将第一电流经由第一电子开关引导至可操作地耦接至所述激光二极管的输出节点，从而使在所述第一电子开关和所述输出节点之间的有效的第一电感磁化；
通过激活旁路电路使所述第一电流从所述输出节点引出，从而使所述激光二极管被旁路；
通过去激活所述旁路电路将所述第一电流经由所述输出节点引导至所述激光二极管。
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