CN116094302A - 缓启动保护电路和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种缓启动保护电路和激光雷达。其中，该缓启动保护电路包括：场效应管，与储能电容的第一端连接，用于控制储能电容进行电能释放；储能电容在释放电能时，第一端输出的控制电压为从第一目标电压开始逐步降压；泄放电阻，泄放电阻的第一端与储能电容的第一端连接，泄放电阻的第二端与储能电容的第二端共地，泄放电阻用于消耗储能电容释放的电能；场效应管具有第一使能端，场效应管的第一使能端与使能信号输出端连接，场效应管在第一使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时关闭，此时储能电容开始释放电能，以输出控制电压。本申请解决了相关技术中高压波形容易产生突变的技术问题。

Description

缓启动保护电路和激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达领域，具体而言，涉及一种缓启动保护电路和激光雷达。

背景技术

激光雷达(LIDAR)通过向目标物体发射激光光束并接收从目标物体反射回来的光束，来测量目标物体的位置、速度等信息。激光雷达可以由发射装置、接收装置、扫描器、信号处理电路等组成。根据激光雷达采用的扫描器的不同，激光雷达可以分为机械式激光雷达、MEMS激光雷达等。

激光雷达中存在大量的需要驱动的器件，对于部分器件，需要根据器件特性设计相应的驱动电路。

例如，在MEMS激光雷达中，用于控制MEMS微镜的摆动方向的驱动波形为高电压波形，此高压驱动波形的频率和幅度大小直接决定MEMS微镜的摆动方向和角度大小。如果此驱动波形超出共振频率而出现剧烈波动，由于惯性原因，会导致连接筋线受力过大而损坏。因此需严格控制波形的连续性，防止驱动波形的幅度出现大压差突变。特别是设备上电一瞬间可能会因为上电过快，导致驱动波形剧烈波动，需要添加高压电源上电保护。

相关技术中，如图1所示，可通过微控制单元MCU(全称为Microcontroller Unit)控制数字模拟转换器DAC(全称为Digital to analog converter)，通过调节高压电源的反馈节点电压，来控制高压电源的上电过程，进而控制上电过程中MEMS驱动波形的幅度变化，其目的是让MEMS驱动波形的幅度缓慢增大，不能出现幅度突变。

上述过程需要MCU进行程序控制，并且此控制过程有时序要求，控制时间不能滞后于高压电源升压过程，否则容易出现高压波形突变，需要保证MCU内部控制程序稳定可靠，否则也会出现高压波形不受控制的情况。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种缓启动保护电路和激光雷达，以至少解决相关技术中高压波形容易产生突变的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种缓启动保护电路，包括：场效应管，与储能电容的第一端连接，用于控制储能电容进行电能释放；储能电容在释放电能时，第一端输出的控制电压为从第一目标电压开始逐步降压；泄放电阻，泄放电阻的第一端与储能电容的第一端连接，泄放电阻的第二端与储能电容的第二端共地，泄放电阻用于消耗储能电容释放的电能；场效应管具有第一使能端，场效应管的第一使能端与使能信号输出端连接，场效应管在第一使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时关闭，此时储能电容开始释放电能，以输出控制电压。

可选地，缓启动保护电路还包括：电源电路，电源电路与储能电容的第一端连接，电源电路用于根据储能电容的第一端输出的控制电压，将输出电压逐步升压至第二目标电压，其中，第二目标电压用于控制目标设备；电源电路具有第二使能端，电源电路的第二使能端与使能信号输出端连接，电源电路在第二使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时开始对输出电压进行逐步升压。

可选地，场效应管在第一使能端接收到使能信号输出端输出的第二使能信号时导通，此时储能电容开始存储电能，其中，储能电容在储能完成后的电压为第一目标电压。

可选地，缓启动保护电路还包括：直流电源，直流电源与场效应管的输入端连接，在场效应管导通后为储能电容提供电能。

可选地，电源电路在第二使能端接收到第二使能信号时不运行。

可选地，第二使能信号为低电平信号；第一使能信号为电平从低电平拉高到高电平的上升沿信号。

可选地，缓启动保护电路还包括：跟随放大器，跟随放大器的第一端与储能电容的第一端连接，跟随放大器的第二端与电源电路的负反馈节点连接，跟随放大器用于将储能电容输出的控制电压放大后传输至负反馈节点。

可选地，电源电路为DCDC电源电路。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种激光雷达，包括上述的缓启动保护电路。

在本申请的方案中，由于反馈电压一开始较高，此时电源电路认为外部电压较高，所以会进行调节，让输出的电压缓慢升高，从而达到控制高压电源的上电过程，使驱动电压的幅度缓慢增大，不出现幅度突变的目的。该方案是通过纯硬件电路方式来控制高压电源上电过程，无MCU和DAC部分控制，电路简单，成本低，利用纯硬件实现，使得上电时序稳定，不会受MCU控制软件的限制，可靠性更高，可以解决相关技术中高压波形容易产生突变的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中的保护电路的示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的缓启动保护电路的示意图；

图3是根据本申请实施例的一种可选的缓启动保护电路的输出波形的示意图；

图4是相关技术中的保护电路的输出波形的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1示出了相关技术中的控制方案，控制部分主要包括MCU和DAC两部分。DAC输出控制信号控制反馈控制节点F，进而控制高压电源升压过程。要求DAC的输出信号不能滞后于高压电源的使能信号(Enable Ctrl)。如果先有使能信号，DAC有效输出滞后(DAC的使能信号为DAC Ctrl)，会导致反馈控制节点F的电平不受DAC控制，容易引起高压电源的快速上升(升高过程持续＜5ms)。如图4所示通道3为相关技术中产生的高压电源波形，上升时间小于3ms，存在电压幅度的突变，可能会损坏驱动的目标设备。

根据本申请实施例的一方面，提供了一种缓启动保护电路的实施例。该缓启动保护电路主要可以包括：控制电路，控制电路用于输出控制电压，控制电压随着时间的增加从第一目标电压开始逐步降压。

该控制电路包括：场效应管，与储能电容的第一端连接，用于控制储能电容进行电能释放；储能电容在释放电能时，第一端输出的控制电压为从第一目标电压开始逐步降压；泄放电阻，泄放电阻的第一端与储能电容的第一端连接，泄放电阻的第二端与储能电容的第二端共地，泄放电阻用于消耗储能电容释放的电能；场效应管具有第一使能端，场效应管的第一使能端与使能信号输出端连接，场效应管在第一使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时关闭，此时储能电容开始释放电能，以输出控制电压。

在本实施例中，场效应管可以为控制PMOS管。

作为一个可选实施方式，该缓启动保护电路还可以包括：电源电路(即DCDC电话)，电源电路与储能电容的第一端连接，电源电路用于根据储能电容的第一端输出的控制电压，将输出电压逐步升压至第二目标电压，其中，第二目标电压用于控制目标设备；电源电路具有第二使能端，电源电路的第二使能端与使能信号输出端连接，电源电路在第二使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时开始对输出电压进行逐步升压。

在本实施例中，电源电路可以为DCDC电源电路。目标设备可以为任意需要缓启动的设备，例如，MEMS振镜。

作为一个可选实施方式，该缓启动电路还可包括：直流电源，直流电源与场效应管的输入端连接，在场效应管导通后为储能电容提供电能。

作为一个可选实施方式，缓启动电路还可以包括：跟随放大器，跟随放大器的第一端与储能电容的第一端连接，跟随放大器的第二端与电源电路的负反馈节点连接，跟随放大器用于将储能电容输出的控制电压放大后传输至负反馈节点。

作为一个可选实施方式，场效应管在第一使能端接收到使能信号输出端输出的第二使能信号时导通，此时储能电容开始存储电能，而电源电路在第二使能端接收到第二使能信号时不运行。储能电容在储能完成后的电压为第一目标电压。

上述第二使能信号可以为低电平信号；第一使能信号可以为电平从低电平拉高到高电平的上升沿信号。

在上述方案中，由于反馈电压一开始较高，此时电源电路认为外部电压较高，所以会进行调节，让输出的电压缓慢升高，从而达到控制高压电源的上电过程，使驱动电压的幅度缓慢增大，不出现幅度突变的目的。该方案是通过纯硬件电路方式来控制高压电源上电过程，无MCU和DAC部分控制，电路简单，成本低，利用纯硬件实现，使得上电时序稳定，不会受MCU控制软件的限制，可靠性更高，可以解决相关技术中高压波形容易产生突变的技术问题。

本申请涉及一种缓启动保护电路设计，通过纯硬件电路方式来控制驱动波形所需的高压电源的上电过程，无需软件参与控制，实现方式简单，安全可靠。作为一种可选的实施例，下文结合具体实施方式进一步详述本申请的技术方案：

图2示出了本申请的基本框图，以场效应管为PMOS管为例进行说明。缓启动电路包括，MOS管、储能电容C1、泄放电阻R3、跟随放大器OPA、分压电阻R和R2。

PMOS管的控制信号(Enable Ctrl)和DCDC高压电源(高压电源具有输入端IN、输出端OUT、使能端EN、反馈控制节点FeedBack)的使能控制信号(Enable Ctrl)为同一信号，此控制信号从低电平到高电平的切换，可以打开高压电源(输出的为MEMS驱动波形HighVoltage)，同时打开本申请的控制电路，此后高压电源升压过程受到本申请的控制电路控制，实现高压电源缓慢升高。

控制信号(Enable Ctrl)开始时为低电平，此时PMOS管处于导通状态，DC2电源通过PMOS给储能电容C1充电，C1充满电，处于高电平，跟随器OPA将此高电平信号传递到高压电源反馈控制节点F。

使能信号从低电平拉高到高电平，高压电源开始启动升压，同时PMOS管关闭，C1电容开始通过泄放电阻R1进行放电，导致C1电压缓慢跌落，此电压跌落过程通过跟随器OPA传递到反馈控制节点F。随着F点电平从高到底缓慢跌落，高压电源输出电压开始缓慢升高(升高过程持续时长＞100ms)。如图3所示通道1的波形为本申请方案输出电压的示例图，从图3中可以看出，本申请的高压电源上升时间较长，超过140ms。图3中通道3的波形为本申请C1电压缓慢跌落波形的示例图。通道3的下降时间和通道1的上升时间相当。

本申请是通过纯硬件电路控制的高压驱动波形上电过程，电路简单，安全可靠，无MCU和DAC芯片，成本更低，且不需要软件控制，降低了开发难度。

根据本申请实施例的一方面，还提供了一种激光雷达，包括上述的缓启动保护电路。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种缓启动保护电路，其特征在于，包括：

场效应管，与储能电容的第一端连接，用于控制所述储能电容进行电能释放；

所述储能电容在释放电能时，所述第一端输出的控制电压为从第一目标电压开始逐步降压；

泄放电阻，所述泄放电阻的第一端与所述储能电容的第一端连接，所述泄放电阻的第二端与所述储能电容的第二端共地，所述泄放电阻用于消耗所述储能电容释放的电能；

所述场效应管具有第一使能端，所述场效应管的第一使能端与使能信号输出端连接，所述场效应管在所述第一使能端接收到所述使能信号输出端输出的第一使能信号时关闭，此时所述储能电容开始释放电能，以输出所述控制电压。

2.根据权利要求1所述的缓启动保护电路，其特征在于，所述缓启动保护电路还包括：

电源电路，所述电源电路与所述储能电容的第一端连接，所述电源电路用于根据所述储能电容的第一端输出的控制电压，将输出电压逐步升压至第二目标电压，其中，所述第二目标电压用于控制目标设备；

所述电源电路具有第二使能端，所述电源电路的第二使能端与使能信号输出端连接，所述电源电路在所述第二使能端接收到使能信号输出端输出的第一使能信号时开始对输出电压进行逐步升压。

3.根据权利要求2所述的缓启动保护电路，其特征在于，

所述场效应管在所述第一使能端接收到使能信号输出端输出的第二使能信号时导通，所述储能电容开始存储电能，其中，所述储能电容在储能完成后的电压为所述第一目标电压。

4.根据权利要求3所述的缓启动保护电路，其特征在于，所述缓启动保护电路还包括：

直流电源，所述直流电源与所述场效应管的输入端连接，在所述场效应管导通后为所述储能电容提供电能。

5.根据权利要求3所述的缓启动保护电路，其特征在于，所述电源电路在所述第二使能端接收到所述第二使能信号时不运行。

6.根据权利要求3所述的缓启动保护电路，其特征在于，

所述第二使能信号为低电平信号；

所述第一使能信号为电平从低电平拉高到高电平的上升沿信号。

7.根据权利要求2所述的缓启动保护电路，其特征在于，所述缓启动保护电路还包括：

跟随放大器，所述跟随放大器的第一端与所述储能电容的第一端连接，所述跟随放大器的第二端与所述电源电路的负反馈节点连接，所述跟随放大器用于将所述储能电容输出的所述控制电压放大后传输至所述负反馈节点。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的缓启动保护电路，其特征在于，所述电源电路为DCDC电源电路。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1至8中任意一项所述的缓启动保护电路。

Images