CN110535028A - 用于发光模块的安全充电电路、保护方法以及激光雷达发射系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种用于发光模块的安全充电电路、保护方法以及激光雷达发射系统。发光模块包括发光器件支路和蓄电元件，该安全充电电路包括：安全保护模块，被配置为检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；以及第一开关，被配置为根据所述第一控制信号而导通，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。采用本发明的实施方式，可以实现持续高电压驱动发光模块的同时，提供对人眼或皮肤安全的保护。

Description

用于发光模块的安全充电电路、保护方法以及激光雷达发射 系统
技术领域
本公开内容总体上涉及发光器件的技术领域，具体而言，涉及用于发光模块的安全充电电路、保护方法以及激光雷达发射系统。发光器件例如是发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等。
背景技术
随着人工智能技术的快速发展，自动驾驶、人脸识别、3D拍照等应用场景逐渐成熟。激光雷达(Lidar)用激光二极管作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备，用来定位激光束打在物体上的光斑，日益成为一个重要的立体成像感应接口，并且成为使得这些应用得以发展和成熟的基本条件。为了提高整个激光雷达系统的信噪比，应当把发光模块(主要包括激光二极管)的驱动电压设置为相对高的值，但是，在这种情况下，存在安全风险。如果发光模块上的器件失效(比如，激光二极管支路上的限流电阻短路)的时候，就会导致短时间内发射的激光能量过大，从而带来人眼安全或者皮肤安全等问题。
因此，目前传统的处理方式是使用较低的电压来作为激光雷达发射系统的发光模块的驱动电压，以牺牲效率和性能来换取发射的激光对人眼和皮肤的安全性。
图1图示了现有技术中的一种激光雷达发射系统的电路结构，包括充电模块110和发光模块120。充电模块110包括电感L1、二极管D1和开关M1(图1中示出的是NMOS器件)。发光模块120包括发光器件支路和电容C1，发光器件支路包括电感L2、发光器件D2(例如激光二极管)、电阻R1和开关S1。图1中所示的电感L2和电阻R1可以是发光模块中的寄生电感和寄生电阻，此寄生参数主要是由于印刷板上的走线引起。D2为发光器件，可以把电流转化为光能量。
充电模块110和发光模块120中的电容C1一起形成了Boost升压电路。在使用时，充电模块110被输入一个持续的低压驱动电压VIN，同时具有一定占空比的脉冲信号VPulse被输入至开关M1的控制端，从而控制开关M1的导通和断开。电路的初始状态，为假定M1已经断开了很长时间，所有元件都处于理想状态，电容C1电压等于Vin。电路将分为两个工作状态，即充电和放电。当开关M1导通的时候，电感L1进行充电，当M1断开的时候，电感L1进行放电，对电容C1进行充电，电容C1充电后为发光器件D2提供驱动电压。充电电路不断进行充电和放电，发光器件D2基本随着输入脉冲信号VPulse在低电平和高电平之间的切换而发光或不发光。电路结构100的具体工作过程如下。
充电模块110的第一输入端被提供一个相对较低的驱动电压VIN，例如12V或者5V，充电模块的第二输入端被提供一个脉冲信号VPulse，用于控制开关M1的导通和断开、以及导通时间。当开关M1导通的时候，M1一端接地，电感L1通过M1形成充电通路，VIN对电感L1进行充电，由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率性增加，这个比率跟电感大小有关，随着电感电流增加，电感里存储了一些能量，二极管D1是防止电容C1对地放电；当开关M1断开的时候，电感L1放电，二极管D1导通，此时，电感的电量和电源Vin的电量同时对给电容C1进行充电，电容两端的电压此时高于输入电压，升压完毕。C1充电后控制发光器件支路的驱动电压HV，发光器件D2导通，发光器件发出光(例如，激光二极管发出激光)。通过采用不同占空的脉冲信号VPulse控制开关M1的导通时间，从而实现对HV充电时间的控制。如果VPulse的占空比为D，则HV的电压值基本符合HV＝VIN/(1-D)。需要指出的是，由于二极管D1的存在，电感L1的能量只能通过D1向发光器件支路正向导通。所以，当发光模块120中有器件出现问题(比如，激光二极管支路上的限流电阻短路)或者当充电模块中的控制时序出现问题的时候，电容C1所存储的能量，只能通过发光器件支路进行泄放，大电流会导致发光器件D2在短时间内(几十，几百ns级别)发出超出人眼安全的光(例如激光能量)，从而导致人眼安全或皮肤安全问题。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
本公开描述的技术方案的目的之一在于提供一种能够对发光模块进行保护的方案，以免其发射的光对人眼或者皮肤造成伤害。当激光雷达的发光模块发出强度较大(例如发光强度超过某一规定的安全阈值)的激光时，可能会对人眼或者皮肤造成伤害，此时可以采取措施减小发光通路中发光器件的发光强度来避免伤害，而为了减小发光器件的发光强度，则需要检测发光强度的值。通常为了检测发光模块的光强的值，可以通过探测发光通路的参数，比如电容的电压、电感的电压、电路的电流等来实现。得知以上参数，就可以判断发光通路的强度是否超出安全阈值。如果超出安全阈值，可以采取多个措施来减少光强，例如对发光通路进行分流，对发光通路进行断电，对电容电压进行快速泄放等。
根据本公开，提供了对发光模块中的蓄电元件的电量或电压的快速泄放的通道，以及对该蓄电元件两端的电压进行检测的机制，一旦检测到蓄电元件两端的电压从高电位的快速下降，说明发光模块中的器件可能存在故障(比如短接)，从而可以开启该快速泄放通道，使得蓄电元件中的电量通过该通道泄放，避免了大电流流经发光模块产生的强光可能导致的对人眼或者皮肤的伤害。
在一个方面，提供一种用于发光模块的安全充电电路。发光模块包括发光器件支路和蓄电元件。该安全充电电路包括：安全保护模块，被配置为检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；以及第一开关，被配置为根据所述第一控制信号而导通，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。
在一个实施例中，安全保护模块可以包括：
电压检测单元，被配置为采集所述蓄电元件两端的电压，并且将所采集的电压与第一基准电压进行比较，在确定所采集的电压下降到低于所述第一基准电压时生成第一中间信号；
控制单元，与所述电压检测单元耦接，被配置为根据所述第一中间信号生成第二中间信号；以及
能量泄放驱动单元，与所述控制单元耦接，被配置为根据所述第二中间信号生成所述第一控制信号，其中，所述第一控制信号适于驱动所述第一开关。
在一个实施例中，电压检测单元可以包括：
采集器，用于对所述蓄电元件两端的电压进行采集；以及
比较器，第一输入端用于接收所述采集器所采集的电压，第二输入端用于耦接数模转换器的输出端，所述比较器的输出端用于输出所述第一中间信号，
其中，所述数模转换器用于提供所述第一基准电压。
在一个实施例中，该安全充电电路还可以包括：
第二开关，
其中，所述控制单元还被配置为根据所述第一中间信号生成第二控制信号；
其中，所述第二开关被配置为根据所述第二控制信号而断开，从而，切断所述发光模块的供电电压的供应。
在一个实施例中，控制单元还可以被配置为，在所述发光模块的上电阶段，生成使得所述第二开关相继地进行多次的导通和断开操作的第三控制信号。
在一个实施例中，安全充电电路可以在单个集成电路上实现。
在一个实施例中，预设的阈值电压基于所述发光器件发出的光对眼睛或皮肤的安全阈值来设定。
在另一个方面，提供一种激光雷达发射系统，包括：前述的安全充电电路；发光模块；以及电源模块，用于耦接外部电源并且为所述发光模块提供供电电压。发光模块可以包括：发光器件支路；以及与所述发光器件支路并联连接的蓄电元件。
在一个实施例中，蓄电元件可以是电容器，并且被配置为在放电时，为所述发光器件提供驱动电流。
在又一个方面，提供一种应用前述安全充电电路的用于发光模块的保护方法，该方法包括：检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；根据所述第一控制信号导通第一开关，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。
在一个实施例中，该方法还可以包括：检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述输出电压下降到低于预设阈值电压时生成第二控制信号；以及根据所述第二控制信号断开所述第二开关，切断所述发光模块的供电电压的供应。
根据本发明的实施方式，在发光模块的安全充电电路中提供安全保护模块，其被配置为检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于超过预设阈值电压时生成第一控制信号；以及提供第一开关，其被配置为根据所述第一控制信号而导通，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。从而，可以实现持续高电压驱动发光模块，提高了发光模块的信噪比，同时提供了对人眼或皮肤安全的保护。
在说明书中所描述的特点和优点并非全部，尤其是，结合附图和说明书，许多附加的特征和优点将对于本领域普通技术人员而言将是明显的。此外，应当指出的是，本说明书中所使用的用语主要是出于可读性和指导性的目的而被选择的，并且可能不是被选择以描述或限制创造性的技术方案。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示意性示出了现有技术中的一种激光雷达发射系统的电路结构的示意图；
图2示意性示出了根据本发明一种实施方式的一种激光雷达发射系统的电路结构的示意图；
图3示意性示出了根据本发明另一种实施方式的一种激光雷达发射系统的电路结构的示意图；
图4示意性示出了根据本发明一种实施方式的电压检测单元的电路结构的示意图；
图5示意性示出了根据本发明一种实施方式的上电阶段的开关的动作和电容电压的时序图；以及
图6示意性示出了根据本发明一种实施方式的安全保护机制被触发时的相关元器件的输出的时序图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
现在将详细参照本发明的若干实施例，在附图中示出了其示例。应当注意到，只要可行，在附图中可以使用相似或者相同的附图标记，并且它们可以用以指示相似或者相同的功能。附图仅出于说明的目的而描述本发明的若干实施例。本领域技术人员将很容易从下面的描述中认识到此处说明的结构和方法的备选实施例可以在不脱离此处描述的实施例的原理的情况下而被使用。只要可行，下面所述的方法步骤未必按所例示的顺序执行。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段、或代码的一部分，所述单元、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现预定的逻辑功能的可执行指令。应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也应当注意，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。例如，本公开使用术语“耦接”，表示两个端子之间的连接方式可以是直接连接、也可以是通过一个中间媒介间接连接，可以是电气方面的有线连接、也可以是无线连接。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本公开的具体实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
图2示意性示出了根据本发明一个实施方式的一种激光雷达发射系统的电路结构的示意图。该电路结构包括：安全充电电路210和发光模块220。发光模块220包括发光器件支路和电容C1。发光器件支路包括电感L2、激光二极管D2、电阻R1和开关S1。发光模块220可以是和图1中的发光模块110基本相同的电路模块。
安全充电电路210包括安全保护模块230和第一开关M2。安全保护模块230被配置为检测发光模块220中的电容C1两端的电压，并且在确定电容C1两端的电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号。第一开关M2被配置为根据第一控制信号而导通，形成对发光模块中的电容C1的放电回路。在图2的示例中，第一开关是NMOS半导体器件。
电容C1两端的电压下降代表着电容C1所存储的能量的释放，在安全充电电路210正常工作的情况下，电容C1两端的电压大小等于发光模块220的供电电压的电压大小。但是，在发光模块220中存在故障(比如短接)的情形下，比如，当发光模块220中存在个别元器件的损伤、比如造成发光模块短路时，电容C1所存储的能量会通过该短路的发光模块进行快速释放，使得电容C1两端的电压快速下降，发光模块中的激光二极管可能发出光强较大的光，从而导致大能量激光触发。例如，在当电容C1两端的电压下降到低于一特定电压时，发光的激光可能对人眼造成伤害。从而，可以基于此来确定根据本公开的预设阈值电压。例如，预设阈值安全电压可以根据国家或地区对人眼或皮肤安全的规范、并且根据激光雷达发射系统的系统设计计算出，确保在安全风险发生时，安全充电电路210对人眼或皮肤提供的保护符合该国家或地区对人眼或皮肤安全的规范。
例如，人眼安全阈值的确定需要分别查询三个条件下的阈值取最小的一个，三个条件分别为：1)脉冲序列中的任意一个脉冲不能超过单脉冲的最大可达发射AELsingle，AELsingle＝2×10-7C4C6J，C4、C6分别与激光光束的波长、对向角相关；2)基准时间内的任意时间段T内的平均脉冲功率不能超过AELT，对于905nm波长T＝100,AEL＝7×10-4t0.75C4C6；3)在规定时间T2内的脉冲能量阈值，AELs.p.train＝AELsingle×C5，C5和T2时间内的脉冲总数有关，T2和对向角有关，对向角越大需要的累计时间越长。其中具体的常数和取值需要通过参考文献查询。可以理解为阈值主要受波长和时间影响。
图2中HV代表电容C1两端的电压，代表输入电压VIN对电容C1充电量，也是发光器件支路的驱动电压。由电容的能量表达式E＝0.5*C1*HV2可以得到：当电容C1的值固定时，电容存储和泄放的能量，和HV的值直接相关。
预设的阈值电压可以基于激光二极管D2发出的光对眼睛或皮肤的安全阈值来设定。当安全保护模块230检测到发光模块220中的电容C1减小的能量(对应激光二极管发出的激光)达到人眼安全或者皮肤安全的阈值时，对应电容C1两端的电压下降到低于预设阈值电压(HV电压从初始的HV下降到HV1)时，触发保护功能，生成向第一开关M2发送的第一控制信号。第一开关M2基于接收到第一控制信号而导通，形成对发光模块中的电容C1的放电回路。在图2的示例中，第一开关是NMOS半导体器件，栅极用于接收第一控制信号，其源极接地，当接收到第一控制信号时，其栅极被拉高，M2导通。从而，电容C1中的能量可以通过M2形成的回路快速释放，避免了激光二极管发出高能量激光以对人眼或皮肤带来的可能的损害。
应当理解，虽然在上文和下文的实施例中，发光器件以激光二极管为例进行了说明，蓄电元件以电容为例进行了说明，但是本发明实施方式同样适用于针对其他发光器件发出的光提供对人眼或皮肤安全的保护，以及同样适用于其他合适的蓄电元件，例如蓄电池。本发明的实施方式可以实现对发光模块的发光器件支路的电流的精确控制，预设的阈值电压还可以基于发光器件发出的光的期望亮度来设定。
图3示意性示出了根据本发明另一个实施方式的一种激光雷达发射系统的电路结构的示意图。与图2所示的激光雷达发射系统不同之处在于，安全保护模块230进一步被实现为包括：电压检测单元232、控制单元234和能量泄放驱动单元236，并且图3中还包括第二开关S2。电压检测单元232被配置为采集电容C1两端的电压，并且将所采集的电压与第一基准电压进行比较，在确定所采集的电压下降到低于第一基准电压时生成第一中间信号。控制单元234与电压检测单元232耦接，被配置为根据第一中间信号生成第二中间信号。能量泄放驱动单元236与控制单元232耦接，被配置为根据第二中间信号生成适于驱动第一开关M2的第一控制信号Vg。
第二开关S2用来控制对发光模块220的供电电压VIN的供应。控制单元234还可以被配置为根据第一中间信号生成向第二开关S2发送的第二控制信号。第二开关S2可以被配置为根据第二控制信号而断开，从而，切断所述发光模块的供电电压的供应。
当电压检测单元232检测到发光模块220中的电容C1减小的能量达到人眼安全或者皮肤安全的阈值时，对应电容C1两端的电压下降到低于预设阈值电压，从而，生成表示应触发保护功能的第一中间信号，并且向控制单元234发送该第一控制信号。一方面，控制单元234基于接收到第一中间信号，可以生成并且向能量泄放驱动单元236发送第二中间信号，能量泄放驱动单元236基于该第二中间信号可以生成适于驱动第一开光M2的第一控制信号。另一方面，控制单元234基于接收到第一中间信号，可以生成并且向开关S2发送第二控制信号，开关S2可以被配置为响应于第二控制信号而断开，从而，切断了发光模块的供电电压VIN的供应。
在一个实施例中，控制单元234还被配置为基于第一信号的幅值或者大小来选择性地生成第二中间信号和/或第二控制信号。在一个实施例中，控制单元234还被配置为基于第一中间信号首先生成并发送第二中间信号，并且在一个时间周期内持续地收到第一中间信号后，生成并发送第二控制信号。
第一开关M2基于接收到第一控制信号而导通，形成对发光模块中的电容C1的放电回路。如果此时第二开关S2响应于第二控制信号而关断，则使得电容C1的能量通过第一开关M2快速泄放。从而，达到了人眼和皮肤安全保护的目的。利用本发明实施方式所提供的安全安全充电电路，使得针对发光模块的供电电压VIN可以达到80V，远高于图1所示的实施例中的5V或12V。
图4示意性示出了根据本发明一个实施方式的电压检测单元的电路结构的示意图。如图4所示，电压检测单元包括：采集器410，用于对蓄电元件两端的电压进行采集；以及比较器420，第一输入端用于接收采集器所采集的电压，第二输入端用于耦接数模转换器(DAC)的输出端，并且比较器的输出端用于输出第一中间信号。数模转换器用于提供所述第一基准电压，可以设置在电压检测单元的内部或者外部。
在图4的实施例中，采集器410可以是分压电阻，其包括电阻R2和电阻R3。分压电阻通过串联连接的电阻R2和电阻R3的比例分压，来实现对HV电压的采集。例如，如图4所示，可以取R2/R3＝29/1，则，所采集的电压VDIV＝HV*R3/(R3+R2)＝HV/30。从而，对待采集的HV电平进行了适当的降低，减小了对后面耦接的比较器的性能需求。数模转换器DAC的输入是一个数字序列，比如000001、010101，其输出是对应于数字序列的模拟电压值，其主要作用是使得可以通过低速高精度的数模转换器，来设置人眼安全或皮肤安全保护触发的阈值。比较器420的主要作用是比较VDIV和VDAC的值，输出第一中间信号。比较器420可以使用任何响应时间快、检测精度高的器件来实现。根据本公开的实施方式，可以选用响应时间小于5ns的比较器，则检测精度小于5mV。当VDIV下降到小于VDAC时，比较器的输出OUT快速由低电平变为高电平，即输出了代表第一中间信号的高电平，用于触发人眼或皮肤安全保护。
通过使用DAC来提供预设阈值电压，可以根据电容C1、HV和应用环境的变化，灵活地调节预设的阈值电压。
备选地，采集器还可以有其他形式，比如，可以使用光电二极管来感测发光器件的发光强度，并且将发光强度转换为电压。
控制单元234主要实现人眼或皮肤安全检测、安全保护机制触发、能量泄放等功能之间的时序的集中控制和协调。在上文和下文中描述的根据本发明实施方式的控制单元的部分或全部功能可以集成在激光雷达的处理控制器内，或者实现为单独的协处理器，专用于实现与安全相关的功能，该协处理可以与激光雷达的处理控制器通信。
在一个实施例中，控制单元234可以对电压检测单元232进行控制，使得在电容C1两端的电压HV的上升阶段，禁用电压检测单元。例如，当安全保护机制触发以后，由于能量的泄放，会导致比较器420的输出一直为高电平。当需要重新工作的时候，则需要控制器向比较器发出复位的指令，使比较器的输出OUT复位为低电平。备选地，当需要重新工作的时候，控制器234被配置为使得Vg快速变低，使得第二开光S2关断，从而重新为电容C1充电，进入一个新的检测周期。
在一个实施例中，控制单元234还被配置为，在发光模块的上电阶段，生成使得第二开关S2相继地进行多次的导通和断开操作的第三控制信号。从而，发光模块中的蓄电元件的储电量可以缓慢爬升。这考虑了在上电过程中、发光模块中有可能已经存在器件损坏、比如短路等的情形。如果在发光模块刚开启的时候，发光器件支路中已经存在损坏的器件，则不能直接使得电容C1的蓄电量HV在短时间内直接上升至很高电平，比如60V。如果在发光器件支路短路的情形下，电容C1来不及充电，发光器件随着VIN的持续供应而持续地发出高强度的光。一个比较典型的做法是，通过控制单元234的控制，对S2开关实现多次短时间闭合，从而使电容C1只是在该开关闭合期间充电。如图5所示，其示意性示出了此种情形下的上电阶段的第二开关S2的动作时序和电容C1的电压(充电量)变化的示意图。图形501示出了上电阶段第二开关S2相继的导通并且关断多次，附图中示出了三次。图形502示出了响应于第二开关S2的操作，电容C1的蓄电量缓慢爬升，其中，在第二开关S2导通时，电容C1充电。从而，通过控制HV的上电时间，以便电压检测单元可以设定为合理的值，并保证检测的安全性。
另一种做法，是第二开关S2一直闭合导通，而控制输入电压VIN，使VIN在百微秒级别缓慢爬升，从而使电容C1的蓄电量HV电压也跟随缓慢上升。
图6示意性示出了根据本发明一个实施方式的安全保护机制被触发时的相关元器件的输出的时序图。图形601示出了当电压检测单元232检测到安全保护机制的触发条件，比较器420的输出OUT快速由低变高，生成第一中间信号。响应于第一中间信号，控制器234生成并发送第二中间信号，响应于第二中间信号，能量泄放驱动单元生成高电平的驱动信号Vg，如图形603所示，驱动信号Vg使得开关M1的栅极快速拉高，从而M1导通，进行电容C1的能量泄放。响应于第一中间信号，控制器234生成并发送第二控制信号，响应于第二控制信号，开关S2快速关断，如图形602所示。图形602示出了响应于图形601，开关S2的动作。图形602示出了响应于图形601，驱动信号Vg的电压变化。
根据本发明的实施方式，安全充电电路可以在单个集成电路上实现。
根据本发明的实施方式，发光器件可以是发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。
根据本发明的实施方式，由于有人眼安全模块，可以为发光模块提供的供电电压VIN可以是80V，是之前的供电电压的6～12倍。
本公开的第二方面还提供一种激光雷达发射系统，其包括：前述的安全充电电路、发光模块、以及电源模块。电源模块用于耦接外部电源并且为所述发光模块提供供电电压。发光模块包括：发光器件支路以及与发光器件支路并联连接的蓄电元件。蓄电元件可以是电容器，并且被配置为在放电时，为所述发光器件提供驱动电流。
本公开的第三方面还提供与前述安全充电电路相关联的保护方法，包括：检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；以及根据所述第一控制信号导通第一开关，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。
进一步地，该方法还可以包括：检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述输出电压下降到低于预设阈值电压时生成第二控制信号；以及根据所述第二控制信号断开所述第二开关，切断所述发光模块的供电电压的供应。
应当理解，前述的各种示例性方法可以利用各种方式来实现。
以上详细描述了本发明的各个方面和实施例。本发明的实施方式在发光模块的安全充电电路中提供安全保护模块，在正常工作过程中，其被配置为检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于超过预设阈值电压时生成第一控制信号；以及提供第一开关，其被配置为根据所述第一控制信号而导通，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。从而，可以实现持续高电压驱动发光模块，提高了发光模块的信噪比，同时提供了对人眼或皮肤安全的保护。该安全保护模块在上电过程中还可以被配置为生成使得第二开关相继地进行多次的导通和断开操作的第三控制信号，使得蓄电元件两端的电压缓慢爬升，这考虑了发光器件支路初始存在故障的情形。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中实现。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
虽然已经参考目前考虑到的实施方式描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施方式。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。以下权利要求的范围符合最广泛解释，以便包含所有这样的修改及等同结构和功能。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于发光模块的安全充电电路，所述发光模块包括发光器件支路和蓄电元件，所述安全充电电路包括：
安全保护模块，被配置为检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；以及
第一开关，被配置为根据所述第一控制信号而导通，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。
2.根据权利要求1所述的安全充电电路，其中，所述安全保护模块包括：
电压检测单元，被配置为采集所述蓄电元件两端的电压，并且将所采集的电压与第一基准电压进行比较，在确定所采集的电压下降到低于所述第一基准电压时生成第一中间信号；
控制单元，与所述电压检测单元耦接，被配置为根据所述第一中间信号生成第二中间信号；以及
能量泄放驱动单元，与所述控制单元耦接，被配置为根据所述第二中间信号生成所述第一控制信号，其中，所述第一控制信号适于驱动所述第一开关。
3.根据权利要求2所述的安全充电电路，其中，所述电压检测单元包括：
采集器，用于对所述蓄电元件两端的电压进行采集；以及
比较器，第一输入端用于接收所述采集器所采集的电压，第二输入端用于耦接数模转换器的输出端，所述比较器的输出端用于输出所述第一中间信号，
其中，所述数模转换器用于提供所述第一基准电压。
4.根据权利要求2或3所述的安全充电电路，还包括：
第二开关，
其中，所述控制单元还被配置为根据所述第一中间信号生成第二控制信号；
其中，所述第二开关被配置为根据所述第二控制信号而断开，从而，切断所述发光模块的供电电压的供应。
5.根据权利要求4所述的安全充电电路，其中，所述控制单元还被配置为，在所述发光模块的上电阶段，生成使得所述第二开关相继地进行多次的导通和断开操作的第三控制信号。
6.根据权利要求2或3所述的安全充电电路，其中，所述安全充电电路在单个集成电路上实现。
7.根据权利要求2或3所述的安全充电电路，其中，所述预设的阈值电压基于所述发光器件发出的光对眼睛或皮肤的安全阈值来设定。
8.一种激光雷达发射系统，包括：
根据权利要求1-7中任一项所述的安全充电电路；
发光模块；
电源模块，用于耦接外部电源并且为所述发光模块提供供电电压；
其中，所述发光模块包括：
发光器件支路；以及
与所述发光器件支路并联连接的蓄电元件。
9.根据权利要求8所述的激光雷达发射系统，其中
所述蓄电元件是电容器，并且被配置为在放电时，为所述发光器件提供驱动电流。
10.一种应用权利要求1-7中任一项所述的安全充电电路的用于发光模块的保护方法，包括：
检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述电压下降到低于预设阈值电压时生成第一控制信号；
根据所述第一控制信号导通第一开关，形成对所述发光模块中的蓄电元件的放电回路。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
检测所述发光模块中的蓄电元件两端的电压，并且在确定所述输出电压下降到低于预设阈值电压时生成第二控制信号；
根据所述第二控制信号断开所述第二开关，切断所述发光模块的供电电压的供应。
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