CN116711218A - 驱动器电路和提供脉冲的方法 - Google Patents

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Abstract

一种驱动器电路(11)，包括具有耦合到第一电压端子(15)的第一端子(13)的第一电感器(12)和具有第一端子和第二端子(19、20)的第一开关(18)。第一开关(18)的第一端子(19)经由第一节点(16)耦合到第一电感器(12)的第二端子(14)，并且第一开关(18)的第二端子(20)耦合到第二电压端子(21)。此外，驱动器电路(11)包括具有耦合到第一节点(16)的第一端子(26)的二极管(25)、输出端子(35)和第一电容器(36)，第一电容器(36)具有耦合到二极管(25)的第二端子(27)的第一电极(37)和耦合到输出端子(35)的第二电极(38)。

Description

驱动器电路和提供脉冲的方法
提供了一种驱动器电路、一种具有驱动器电路的光学电路和一种用于提供脉冲的方法。
驱动器电路通常包括将输入电压转换为输出电压的电压转换器。光学电路可以包括激光器。电压转换器的恒定输出电压可能不适于激光器发射闪光。
本发明的目的是提供一种驱动器电路、一种具有驱动器电路的光学电路和一种提供适于生成适当输出电压的脉冲的方法。
这些目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中给出了进一步的实施例和发展。
根据实施例，驱动器电路包括具有第一端子和第二端子的第一电感器、具有第一端子和第二端子的第一开关、具有第一端子和第二端子的二极管、输出端子和具有第一电极和第二电极的第一电容器。第一电感器的第一端子耦合到第一电压端子。第一开关的第一端子经由第一节点耦合到第一电感器的第二端子。第一开关的第二端子耦合到第二电压端子。二极管的第一端子耦合到第一节点。第一电容器的第一电极耦合到二极管的第二端子，并且第一电容器的第二电极耦合到输出端子。
有利地，第一电感器经由包括二极管和第一电容器的串联电路耦合到输出端子。通过将第一开关设置在导通状态，能量被存储在第一电感器中。在将第一开关设置在非导通状态后，所存储的能量经由串联电路提供给输出端子，并在输出端子处生成具有脉冲的输出电压。
根据实施例，第一电源电压在第一电压端子处被分接，而第二电源电压在第二电压端子处被分接。在示例中，第一电源电压的值高于第二电源电压的值。
根据实施例，驱动器电路包括具有第一电极和第二电极的第二电容器。第二电容器的第一电极耦合到二极管的第一端子。第二电容器的第二电极耦合到第三电压端子。
根据进一步的发展，第三电源电压在第三电压端子处被分接。在示例中，第一电源电压的值与第三电源电压的值相等。
根据实施例，驱动器电路包括将二极管的第一端子耦合到第一节点的另一电感器。
根据实施例，驱动器电路包括将二极管的第二端子耦合到第一电容器的第一电极的附加电感器。
根据实施例，驱动器电路包括耦合到第一开关的控制端子的控制电路。控制电路被配置为在控制持续时间期间将第一开关设置在导通状态。控制持续时间取决于脉宽调制信号和触发信号中的至少一个信号。脉宽调制信号和触发信号被提供给控制电路。
根据实施例，驱动器电路包括具有第一端子和第二端子的第二开关。第二开关的第一端子耦合到第一电容器的第二电极。第二开关的第二端子耦合到第四电压端子。因此，第二开关的第一端子耦合到输出端子。
根据实施例，第一开关和/或第二开关被实现为晶体管，例如场效应晶体管(缩写为FET)。FET可以被实现为结型FET或金属氧化物半导体FET或氮化镓FET(缩写为GaN FET)。晶体管是功率晶体管。
根据进一步发展，第四电源电压在第四电压端子处被分接。在示例中，第四电源电压的值高于第一电源电压的值和第二电源电压的值。
根据实施例，驱动器电路包括与第一电容器并联连接的并联电阻器。并联电阻器将第一电容器的第一电极耦合到第一电容器的第二电极。有利地，并联电阻器和第一电容器有助于输出电压的脉冲形成。
根据实施例，驱动器电路包括DC/DC转换器，该DC/DC转换器在其输出侧耦合到第一电压端子至第四电压端子中的至少一个。DC/DC转换器也能够被称为DC至DC转换器。
根据实施例，DC/DC转换器被配置为提供第一电压端子处的第一电源电压、第二电压端子处的第二电源电压和第四电压端子处的第四电源电压中的至少一个，使得第三电源电压的值高于第一电源电压的值且第一电源电压的值高于第二电源电压的值。
根据驱动器电路的实施例，控制电路还耦合到第二开关的控制端子。控制电路被配置为在恒定持续时间期间将第二开关设置为导通状态。输出电压的脉冲的高度与恒定持续时间无关。
根据实施例，负载连接到输出端子。负载将输出端子耦合到第五电压端子。
根据实施例，光学电路包括驱动器电路和将输出端子耦合到第五电压端子的第一数量N个激光器。激光器被实现为诸如激光二极管的半导体激光器。因此，输出端子处的负载由第一数量N个激光器实现。替代地，负载由至少一个发光二极管实现，例如单个发光二极管、发光二极管的串联电路或发光二极管的并联电路。
根据进一步发展，第五电源电压在第五电压端子处被分接。在示例中，第四电源电压的值与第五电源电压的值相等。在示例中，DC/DC转换器在其输出侧耦合到第五电压端子。
根据实施例，一种用于提供脉冲的方法包括将第一开关设置在导通状态，其中，第一开关将第一电感器的第二端子耦合到第二电压端子，并且其中第一电感器的第一端子耦合到第一电压端子。此外，该方法包括将第一开关设置在非导通状态。第一电感器的第二端子经由二极管耦合到第一电容器的第一电极，并且第一电容器的第二电极耦合到输出端子，在该输出端子处提供具有脉冲的输出电压。
上述驱动器电路和光学电路特别适用于所述提供脉冲的方法。因此，结合驱动器电路和光学电路描述的特征可用于所述方法，反之亦然。
根据该方法的实施例，第一开关在控制持续时间期间被设置在导通状态，该控制持续时间取决于脉宽调制信号和触发信号中的至少一个信号。输出电压的脉冲高度随着控制持续时间的值而增加。
根据该方法的实施例，第二开关将第一电容器的第二电极耦合到第四电压端子。在输出电压的脉冲峰值之后，第二开关被设置在导通状态。因此，第二开关防止诸如在输出电压的脉冲之后的振铃的干扰。
根据该方法的实施例，并联电阻器在并联电路中耦合到第一电容器。并联电阻器和第一电容器形成输出滤波器或者输出滤波器的被设计用于对输出电压的脉冲进行整形的部分。
根据该方法的实施例，输出电压被施加到第一数量N个激光器。输出电压的脉冲被提供给第一数量N个激光器。第一数量N个激光器在脉冲期间发射光。
根据该方法的实施例，第一数量N个激光器附接到激光器垫(laser pad)，该激光器垫施加有第五电源电压。第五电源电压等于例如参考电位。
根据实施例，光学电路被实现为多激光驱动器加上DC-DC电源。驱动器电路被配置为即使在由于分仓(binning)导致的正向电压变化和高键合线电感的情况下也同时驱动多通道激光器。光学电路满足例如高电流要求。通过激光器的通道中的电流例如高于40A(例如对于多通道激光器)。有利地，驱动器电路仅产生具有少量噪声和低抖动的输出电压和激光器电流，并且电效率高。抖动是LIDAR应用的系统问题。LIDAR是“光探测与测距”的缩写。驱动器电路实现例如与非开关电源结合使用的浮动电位激光偏置的拓扑。浮动电位降低了在关断状态下电隔离的两点之间所需施加的电位，这需要更少挑战性的电源设计并且更安全和更便宜。此外，在放电阶段期间会重新获取能量，因此光学电路的电学上效率更高。
根据实施例，具有光学电路的装置的设计使用DC/DC转换器，该DC/DC转换器例如没有噪声，允许较高功率效率的激光驱动器部分，通过消除高电位而更安全，实现非常高的电流源并且因为不再需要使用升压转换器或昂贵的机架电源为用户提供即时增值。此外，该方法解决了二极管批次的正向电压仓(bin)变化(这可能是系统性能不一致的另一个来源)以及操作期间发生的温度变化。
在示例中，光学电路包括由驱动器电路驱动的四个通道。光学电路克服了键合线电感。由于具有光学电路的装置没有开关电源或升降压转换器或昂贵的机架电源，因此降低了噪声和系统抖动。该装置旨在用于4个、6个等通道激光条的高功率LIDAR应用(汽车)。驱动器电路能够实现为用于驱动多激光器LIDAR系统的模块。
以下对示例或实施例的附图的描述可以进一步说明和解释驱动器电路和光学电路以及用于提供脉冲的方法的各方面。具有相同结构和相同效果的装置、设备和电路块分别以等效的附图标记出现。对于不同附图中的装置、设备和电路块，如果它们的功能彼此对应，那么在随后的图中将不再对其重复描述。
图1A至图1D示出了具有驱动器电路的光学电路的示例性实施例；
图2A和图2B以仿真电路和仿真结果的形式示出了具有驱动器电路的光学电路的示例性实施例；和
图3A至图3C示出了具有光学电路的装置的示例性实施例。
图1A示出了具有驱动器电路11的光学电路10的示例性实施例。驱动器电路11包括具有第一端子13和第二端子14的第一电感器12。第一电感器12的第一端子13耦合到第一电压端子15。第一电感器12的第二端子14耦合到第一节点16。第一电感器12的电感例如为5nH至100nH或者为10nH至50nH。驱动器电路11包括第一开关18，第一开关18具有耦合到第一节点16的第一端子19和耦合到第二电压端子21的第二端子20。驱动器电路11包括将第一控制输入端23耦合到第一开关18的控制端子的第一控制电阻器22。第一开关18被实现为例如结型场效应晶体管，缩写为JFET。第一开关18例如被实现为双栅极晶体管。所述两个栅极彼此连接。替代地，第一开关18被实现为单栅极晶体管。
此外，驱动器电路11包括具有第一端子26和第二端子27的二极管25。例如，二极管25的第一端子26被实现为二极管25的阳极，二极管25的第二端子27被实现为二极管25的阴极。二极管25的第一端子26耦合到第一节点16。驱动器电路11包括将第一节点16耦合到二极管25的第一端子26的另一电感器32。
驱动器电路11具有输出端子35。输出端子35耦合到二极管25的第二端子27。驱动器电路11包括具有第一电极37和第二电极38的第一电容器36。第一电容器36的第一电极37耦合到二极管25的第二端子27。第一电容器36的第二电极38耦合到输出端子35。第一电容器36具有10nF至500nF或50nF至200nF的电容。驱动器电路11可以包括附加电感器40，该附加电感器40设置在二极管25的第二端子27和第一电容器36的第一电极37之间。附加电感器40由诸如线圈的电感器或者二极管25和第一电容器36之间的连接线和/或键合线的寄生电感实现。此外，驱动器电路11包括将二极管25的第一端子26耦合到第三电压端子42的第二电容器41。第三电压端子42连接第一电压端子15。第二电容器41的第一电极直接连接二极管25的第一端子26。第二电容器41的电容值小于第一电容器36的电容值。
驱动器电路11包括具有第一端子44和第二端子45的第二开关43。第二开关43的第一端子44耦合到电容器36的第二电极38。驱动器电路11包括将第一电容器36的第二电极38连接到第一电容器36的第一电极37的并联电阻器48。并联电阻器48的一个端子耦合到输出端子35并且还耦合到第二开关43的第一端子44。并联电阻器48的另一端子例如经由附加电感器40耦合到二极管25的第二端子27。第二开关43的第二端子45耦合到第四电压端子49。第二开关43将输出端子35耦合到第四电压端子49。第二开关43包括晶体管，例如场效应晶体管。例如，场效应晶体管使用硅(缩写为Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)和铟镓砷(InGaAs)中的一种作为材料来制造。例如，第二开关43被实现为金属氧化物半导体场效应晶体管，缩写为MOSFET。例如，第二开关43被实现为n沟道MOSFET。
第二开关43包括将第二开关43的第一端子44耦合到第二开关43的第二端子45的另一二极管58。该另一二极管58的阳极连接到第二开关43的第二端子45。该另一二极管58的阴极连接到第二开关43的第一端子44。该另一二极管58被实现为例如第二开关43的晶体管的内部体二极管或行为二极管。例如，另一二极管58是第二开关43的FET的固有特征。另一二极管58可以具有齐纳二极管的功能。
替代地，另一二极管58被实现为单独的器件。因此，第二开关43包括另一二极管58和上述晶体管。
驱动器电路11包括将第二控制输入端47耦合到第二开关43的控制端子的第二控制电阻器46。第一开关18的第二端子20和第二开关43的第二端子45可以通过附加的连接线56、57连接。替代地，这些附加连接线被省略。
光学电路10包括驱动器电路11和至少激光器50。激光器50被制造为激光二极管。光学电路10可以包括第一数量N个激光器50至53，例如第一数量N个激光二极管50至53。在图1A所示的示例中，第一数量N为四。替代地，激光器50至53的第一数量N可以是一、二、三或大于四。第一数量N个激光器50至53并联连接。因此，第一数量N个激光器50至53中的每一个将输出端子35耦合到第五电压端子55。如图1A所示，第五电压端子55连接到第四电压端子49。光学电路10包括将输出端子35耦合到第一数量N个激光器50至53的电感54。电感54被实现为例如由第一电容器36与第一数量N个激光器50至53之间的键合线和导线产生的寄生电感。替代地，电感54被实现为电感器，例如线圈。
光学电路11没有将第一数量N个激光器50至53耦合到输出端子35、第一电容器36的第二电极38或第五电源端子55的稳压电流源或稳压电流汇(regulated current sink)。有利地，避免了这种电流汇或电流源中的能量损失。
第一电源电压V1被提供给第一电压端子15。第三电源电压V3被提供给第三电压端子42。第一电源电压V1和第三电源电压V3可以相等。例如，第一电源电压V1被实现为参考电位GND。
第二电源电压V2被施加到第二电压端子21。第二电源电压V2相对于第一电源电压V1为负。第二电源电压V2相对于参考电位GND为负。在一个示例中，第二电源电压V2为-36V。
第四电源电压V4被施加到第四电压端子49。第五电源电压V5被施加到第五电压端子55。第四电源电压V4和/或第五电源电压V5相对于第一电源电压V1为正。在一个示例中，第四电源电压V4和第五电源电压V4相等。在一个示例中，第四电源电压V4的值为+36V。在输出端子35和第五电压端子55之间提供有输出电压VOUT。
图1A中所示的光学电路10的示意图仅包括四个被驱动的激光器50至53，但能够将其增加以用于任意4×N个通道。在图1A中，说明了从模具切割的四件式单片。增加为4×N个通道是可能的。
利用以下步骤操作激光驱动器部分：打开第一开关18；施加功率并将能量存储在第一电感器12中；断开第一开关18；第一电感器12的场坍塌(collapse)并通过激光器50至53(所有四个激光器)放电。
并联电阻器48和第一电容36被调谐以用于从第一电感器12到激光器50至53的最佳能量传输。第二开关43提供信号调节并防止“振铃”。
典型值为：
第一电感器12的电感：17nH，
另一电感器32的电感：100pH，
附加电感器40的电感：1nH，
电感54的值：1nH，
第一电容器36的电容：100nF
第二电容41的电容：5nF
第一控制电阻器22的电阻：100Ohm
第二控制电阻器46的电阻：100Ohm
二极管25的可能类型：SiC二极管
第一开关18的可能类型：GS665160
第二开关43的可能类型：EPC 2053或GS61008T
在一个示例中，驱动器电路11包括RLC电路。RLC电路包括第一电容器36、第二电容器41、并联电阻器48、第一电感器12、另一电感器32和附加电感器40中的至少一个。上述RLC值是为了使充电与经由激光器50至53的放电共振。这些值仅是示例。其他值也可能是合适的。第一开关18的晶体管提供为RLC电路充电的路径。第二开关43的晶体管通过提供到地或到第四电压端子49的路径来防止激光器50至53继续放电。
在某一非限制性示例中，光学电路10具有以下特征：电源是固定的并且使用例如+36V/-36V。功率是时间控制的。驱动器电路11使用单个开关。激光器电流能够具有175A的峰值。光功率P(光)为460W至640W。每脉冲Win(电)使用的电能为95μJ。激光器WLaser(电)的能量为22μJ。能量损失WLosses(电)的值为73μJ。损耗的功率PLosses的值为12W(使用162kHz的驱动器电路11)。效率η是22％的能量回收。
在未示出的可选实施例中，附加电感器40被省略并且由导线代替。
使用图1C至图1E详细解释了驱动器电路11和光学电路10的操作。
图1B示出了光学电路10的另一示例性实施例，其是图1A所示实施例的进一步发展。驱动器电路11包括具有连接到第一控制输入端23的第一输出端的控制电路70。驱动器电路11的第二输出端连接到第二控制输入端47。控制电路70包括至少两个输入端。控制电路70接收脉宽调制信号S1和触发信号S2。脉宽调制信号S1也能够被称为PWM信号。PWM是“脉宽调制”或“脉宽调制的”的缩写。控制电路70生成施加到第一开关18的控制端子的第一控制信号SC1。此外，控制电路70提供施加到第二开关43的控制端子的第二控制信号SC2。
在图1B中，提供给所述五个电压端子的电源电压与图1A中所示的电压相比发生了变化。第一电源电压V1是相对于参考电位GND的负电压，例如-36V。第三电源电压V3等于第一电源电压V1。替代地，第三电源电压V3等于第二电源电压V2。
施加到第二电压端子21的第二电源电压V2为负电压，例如-72V。
第四电源电压V4等于参考电位GND。第四电源电压V4高于第一电源电压V1。第五电源电压V5等于第四电源电压V4。因此，第五电源电压V5高于第一电源电压V1。
因此，与图1A中所示的电压水平相比，所述五个电压端子处的电源电压水平偏移了36V。
替代地，第五电源电压V5等于第一电源电压V1、第二电源电压V2或第三电源电压V3。
图1C示出了如图1A所示的光学电路10的信号的示例。信号被示出为随时间t变化。在图1C中，示出了PWM信号S1、触发信号S2、第一控制信号SC1和第二控制信号SC2、激光器电流ILA、电感器电流ILI和电容器电压VC。激光器电流ILA流过数量N个激光器50至53。因此，激光器电流ILA是流过第一数量N个激光器50至53的电流之和。电感器电流ILI流过第一电感器12。电容器电压VC能够在第二电容器41的第一电极与第二电极之间分接。
光学电路10在第一时间点t1之前处于空闲状态。在第一时间点t1和第二时间点t2之间，PWM信号S1示出脉冲。触发信号S2在第一时间点t1和第三时间点t3之间示出脉冲。第三时间点t3在第二时间点t2之后。
在第二时间点t2之前，第一开关18处于非导通状态。因此，第二电容器42的两个电极都耦合到参考电位GND。因此，第二电容器41两端的电容器电压VC的值为0V。电感器电流ILI和激光器电流ILA的值为0安培。
第一控制信号SC1在第二时间点t2和第三时间点t3之间示出脉冲。在第二时间点t2，第一控制信号SC1将第一开关18设置在导通状态。这导致电感器电流ILI增加。通常电感器电流ILI的上升是线性的。在第二时间点t2之后，电容器电压VC下降到第二电源电压V2的值。因此，在第二时间点和第三时间点之间，第一开关18向第二电容器41的第一电极提供第二电压V2。
在第三时间点t3，第一控制信号SC1将第一开关18设置在非导通状态。电感器电流ILI的高值向第二电容器41的第一电极和第一电容器36的第一电极37提供电荷。因此，电容器电压VC上升。在第三时间点t3之后，第一电容器36的第一电极37处的电压增加导致第一电容器36的第二电极38处的电压增加。
在第四时间点t4之后，电容器电压VC具有峰值且电感器电流ILI下降。激光器50至53具有阈值。在第四时间点t4，第一数量N个激光器50至53两端的输出电压VOUT高于阈值，导致流过第一数量N个激光器50至53的激光器电流ILA的脉冲的开始。因此，激光器电流ILA具有脉冲形式。
在第五时间点t5，激光器电流ILA和电容器电压VC具有峰值。电容器电压VC的峰值导致电感器电流ILI在第五时间点t5之后的短时间内为负。由于第一数量N个激光器50至53消耗主要由第一电容器36所存储的能量并且所存储的能量的值有限，所以激光器电流ILA下降。因此，激光器电流ILA的脉冲或峰值的形式也随第一数量N个激光器50至53的特性和第一数量N的值变化。
在第六时间点t6，第二控制信号SC2具有脉冲。第六时间点t6在第五时间点t5之后。当激光器电流ILA的脉冲已经结束，设置第六时间点t6。第二控制信号SC2将第二开关43设置在导通状态。因此，第四电源电压V4被施加到第二电容器36的第二电极38。输出电压VOUT被设置为第四电源电压V4的值。因此，第一电容器36的第二电极38处的电压值稳定，并且避免了可能导致激光器电流IL的进一步上升或进一步脉冲的任何干扰，例如振荡。
通过将第二开关43切换到导通状态来实现放电阶段期间的能量的重新获取。在放电阶段期间，第一电感器12向光学电路10的其他电路部分提供能量。放电阶段在第三时间点t3开始。因此，能量被提供给第四电压端子49。
驱动器电路11包括将第一节点16耦合到输出端子35的脉冲形成网络。脉冲形成网络包括二极管25和第一电容器36。第一电容器36具有阻碍在朝向输出端子35的方向上DC电流的流动，但是在朝向输出端子35的方向上实现AC电流流动的效果。二极管25被定向使得AC电流仅在朝向输出端子35的方向上流动。可选地，脉冲形成网络还包括附加电感器40、另一电感器32、第二电容器41和电感54中的至少一个。
图1D和图1E示出了图1A中所示的光学电路10的信号的两个示例性实施例，它们是图1C中所示信号的进一步发展。PWM信号S1的脉冲具有第一持续时间D1。触发信号S2的脉冲具有第二持续时间D2。
在示例中，第二持续时间D2保持恒定并且在图1D和图1E中相等。在图1D中，第一持续时间D1比图1E中所示的第一持续时间D1短。
第一控制信号SC1的脉冲具有控制持续时间D3。控制持续时间D3能计算为：
D3＝D2–D1
图1C中的控制持续时间D3与图1E的控制持续时间D3相比具有更高的值。控制持续时间D3的较高值导致存储在第一电感器12中的能的较高值，因此导致经由二极管25和第一电容器36提供到输出端子35的能量的较高值，因此导致激光器电流ILA的较高值。因此，在图1D中示出了高功率情况，在图1E中示出了低功率情况。
第一时间点t1、第三时间点t3和第四时间点t4是固定的。功率由第二时间点t2控制。触发信号S2的上升沿到激光器电流ILA之间的延迟是恒定的。第一时间点t1、第二时间点t2、第三时间点t3和第六时间点t6例如由控制电路70设置或由向控制电路70提供PWM信号S1和触发信号S2的未示出的控制器设置。
图2A示出了如图1A所示的光学电路10的仿真电路的示例性实施例。第一开关18可以实现为氮化镓半导体开关(简称GaN开关)，或者实现为GaN场效应晶体管。第二开关43被实现为切断开关。第一数量N个激光器50至53能够被命名为四激光器(quad laser)。为了仿真，还将以下设备引入电路中：第一电阻器101至第六电阻器106、第二电感器110至第九电感器117和第一电压源120至第七电压源126。
图2B示出了使用图2A的仿真电路实现的示例性仿真结果。在图2B的上部，示出了流过所述四个激光器50至53的四个激光器电流I1至I4。激光器电流ILA是电流I1至I4的和。四个电流I1到I4的值彼此之间只有小的偏差。仿真表明，变化的正向电压可以毫无问题地被容忍，并且响应时间例如小于1ns。
在图2B的下部示出输出电压VOUT。峰值持续时间约为10纳秒。四个激光器50至53大约在同一时间点达到它们的峰值电流值。四个激光器50至53的激光器电流I1至I4的增加和下降具有高度平行性。
图3A示出了具有驱动器电路11的装置11的示例性实施例，其是上述实施例的进一步发展。装置80包括印制电路板81。印制电路板81具有第一边长L1和第二边长L2。第一边长L1的典型值例如为80mm，第二边长L2的典型值例如为50mm。装置10包括如上所述的驱动器电路11和实现为诸如驱动器电路11的另一驱动器电路82。此外，装置80包括DC/DC转换器83和另一DC/DC转换器84。DC/DC转换器83耦合到驱动器电路11。另一DC/DC转换器84耦合到另一驱动器电路82。DC/DC转换器83、另一DC/DC转换器84、驱动器电路11和另一驱动器电路82附接在印制电路板81上。
DC/DC转换器83向驱动器电路11提供第一电源电压V1至第五电源电压V5。另一DC/DC转换器84向另一驱动器电路82提供另一第一电源电压V1至另一第五电源电压V5。
在示例中，装置80包括连接到驱动器电路11的第一数量N个激光器50至53(图3A中未示出)。装置80还包括连接到另一驱动器电路82的第二数量M个激光器(图3A中未示出)。第一数量N个激光器50至53和第二数量M个激光器能够并行操作或在分开的时间操作。
图3B示出了装置80的替代实施例，其是上述实施例的进一步发展。装置80包括DC/DC转换器83、驱动器电路11、另一驱动器电路82、第一数量N个激光器50至53和第二数量M个激光器85至88。第一数量N个激光器50至53和第二数量M个激光器85至88在公共激光器垫90上实现。DC/DC转换器83、驱动器电路11、另一驱动器电路82和公共激光器垫90(包括第一数量N个激光器激光器50至53和第二数量M个激光器85至88)附接到印制电路板81。
装置80包括向驱动器电路11提供数据信号SDA和/或提供来自驱动器电路11的数据信号SDA的数据连接线91。数据连接线91上的数据信号SDA可以包括PWM信号S1和触发信号S2。数据连接线91连接到驱动器电路11的控制电路70。此外，数据连接线91向另一驱动器电路82提供数据信号SDA和/或提供来自另一驱动器电路82的数据信号SDA。连接线91连接到另一驱动器电路82的控制电路。
在输入侧，DC/DC转换器83接收电源电压VS。电源电压VS为正。电源电压VS的值可以为36V。DC/DC转换器83生成第一电源电压V1至第五电源电压V5，如图1B中所示。因此，第一电源电压V1是负电压，例如-36V。第三电源电压V3等于第一电源电压V1。第二电源电压V2为负电压，例如-72V。第五电源电压V5等于参考电位GND。第五电源电压V5等于第四电源电压V4。
第五电源电压V5被提供给激光器垫90。有利地，在图3B中，激光器垫90为参考电位GND的值。
图3C示出了装置80的替代实施例，其是上述实施例的进一步发展。在图3C中，使用了如图1A所示的电源电压V1至V5的值。因此，第一电源电压V1等于参考电位GND。第三电源电压V3等于第一电源电压V1。第二电源电压V2是负电压，例如-36V。第五电源电压V5是正电压，例如+36V。第五电源电压V5等于第四电源电压V4。
由于激光器垫90获得第五电源电压V5的值，所以激光器垫90连接到36V。在图3C所示的装置80中，电压的最大值低。然而，根据图3C，即使在不使用激光器50至53的时间段中，激光器的激光器垫90也始终为第五电源电压V5的值，该第五电源电压V5的值可以为36V。
在图3C的示例中，激光器垫90处于36V，而在图3B的示例中，激光器垫90处于参考电位GND。因此，至少有两种用于选择合适的电源电压V1至V5的选择，它们能够根据情况进行选择。
在示例中，光学电路10实现了以下特征中的一些，例如单开关拓扑、能量回收系统、高效率、时间控制的功率、简单的电源+/-36V、图3C中激光器垫未接地(+36V)，总损耗15W和/或二极管反向电压为零(未激发(not firing))。
DC/DC转换器83和/或另一DC/DC转换器84提供例如36V至-36V DC/DC之间的电压并且能够例如通过现成的部件来实现。DC/DC转换器83和另一DC/DC转换器84的示例能够是来自Analog Devices股份有限公司的器件LTC7820。装置80实现DC/DC固定电源，例如该固定电源的输出功率Pout＝166.42W，输入功率Pin＝162.9W，效率η＝98％。
在示例中，光学电路10的典型值能够是：
输入电压：36V
输入电感：18nH
激光器电感：1nH
并联电容：6nF
激光器50的正向电压：4V
激光器阻值：160Ohm
触发信号S2(称为激光器触发信号)的定时：80ns
串联二极管25的正向电压：2V
GaN电感：300pH
温度：60摄氏度
二极管热失控：没问题
在示例中，装置80被实现为LIDAR装置。LIDAR装置例如用于车辆(诸如自动驾驶车辆)中。第一数量N个激光器50至53和/或第二数量M个激光器可以被制造为红外激光器，例如发射905nm或1550nm的光。
本发明并不局限于这些实施例的描述。相反，本发明包括每一个新特征以及每一个特征组合，特别是权利要求的每一个特性组合，即使该特征或特征组合本身没有在权利要求或实施例中明确给出。
附图标记说明
10 光学电路
11 驱动器电路
12 第一电感器
13、14 端子
15 第一电压端子
16 第一节点
18 第一开关
19、20 端子
21 第二电压端子
22 第一控制电阻器
23 第一控制输入端
25 二极管
26、27 端子
32 另一电感器
35 输出端子
36 第一电容器
37、38 电极
40 附加电感器
41 第二电容器
42 第三电压端子
43 第二开关
44、45 端子
46 第二控制电阻器
47 第二控制输入端
48 并联电阻器
49 第四电压端子
50至53 激光器
54 电感
55 第五电压端子
56、57 连接线
58 另一二极管
70 控制电路
80 装置
81 印刷电路板
82 另一驱动器电路
83 DC/DC转换器
84 另一DC/DC转换器
85至88 另一激光器
90 激光器垫
91 数据连接线
101至106 电阻器
110至117 电感器
120至126 电压源
D1 第一持续时间
D2 第二持续时间
D3 控制持续时间
ILA 激光器电流
ILI 电感器电流
I 1至I4 激光器电流
L1、L2 边长
SC1 第一控制信号
SC2 第二控制信号
SDA 数据信号
S1 脉宽调制信号
S2 触发信号
t 时间
t1至t6 时间点
VC 电容器电压
VOUT 输出电压
VS 电源电压
V1至V5 电源电压

Claims (15)

1.一种驱动器电路(11)，包括
-第一电感器(12)，其具有耦合到第一电压端子(15)的第一端子(13)，
-第一开关(18)，其具有第一端子(19)和第二端子(20)，其中，所述第一开关(18)的第一端子(19)经由第一节点(16)耦合到所述第一电感器(12)的第二端子(14)，并且所述第一开关(18)的第二端子(20)耦合到第二电压端子(21)，
-二极管(25)，其具有耦合到所述第一节点(16)的第一端子(26)，
-输出端子(35)，以及
-第一电容器(36)，其具有耦合到所述二极管(25)的第二端子(27)的第一电极(37)和耦合到所述输出端子(35)第二电极(38)。
2.根据权利要求1所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括具有第一电极和第二电极的第二电容器(41)，其中，所述第二电容器(41)的第一电极耦合到所述二极管(25)的第一端子(26)并且所述第二电容器(41)的第二电极耦合到第三电压端子(42)。
3.根据权利要求1或2所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括将所述二极管(25)的第一端子(26)耦合到所述第一节点(16)的另一电感器(32)。
4.根据权利要求1至3之一所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括将所述二极管(25)的第二端子(27)耦合到所述第一电容器(36)的第一电极(37)的附加电感器(40)。
5.根据权利要求1至4之一所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括控制电路(70)，所述控制电路(70)耦合到所述第一开关(18)的控制端子，并且被配置为在控制持续时间(D3)期间将所述第一开关(18)设置在导通状态，所述控制持续时间(D3)取决于脉宽调制信号(S1)和触发信号(S1)中的至少一个信号。
6.根据权利要求1至5之一所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括具有第一端子(44)和第二端子(45)的第二开关(43)，其中，所述第二开关(43)的第一端子(44)耦合到所述第一电容器(36)的第二电极(38)并且所述第二开关(43)的第二端子(45)耦合到第四电压端子(49)。
7.根据权利要求6所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括与所述第一电容器(36)并联连接的并联电阻器(48)。
8.根据权利要求6或7所述的驱动器电路(11)，
其中，所述驱动器电路(11)包括DC/DC转换器(83)，所述DC/DC转换器(83)在其输出侧耦合到所述第一电压端子(15)、所述第二电压端子(21)和所述第四电压端子(49)中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的驱动器电路(11)，
其中，所述DC/DC转换器(83)被配置为提供所述第一电压端子(15)处的第一电源电压(V1)、所述第二电压端子(21)处的第二电源电压(V2)和所述第四电压端子(49)处的第四电源电压(V4)中的至少之一，使得所述第四电源电压(V4)的值高于所述第一电源电压(V1)的值并且所述第一电源电压(V1)的值高于所述第二电源电压(V2)的值。
10.一种光学电路(10)，包括
-根据权利要求1至9之一所述的驱动器电路(11)，以及
-将所述输出端子(35)耦合到第五电压端子(55)的第一数量N个激光器(50至53)。
11.一种用于提供脉冲的方法，包括
-将第一开关(18)设置在导通状态，其中，所述第一开关(18)将第一电感器(12)的第二端子(14)耦合到第二电压端子(21)，并且其中，所述第一电感器(12)的第一端子(13)耦合到第一电压端子(15)，并且
-将所述第一开关(18)设置在非导通状态，其中，所述第一电感器(12)的第二端子(14)经由二极管(25)耦合到第一电容器(36)的第一电极(37)，并且所述第一电容器(36)的第二电极(38)耦合到输出端子(35)，在所述输出端子(35)处提供具有脉冲的输出电压(VOUT)。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述第一开关(18)在控制持续时间(D3)期间被设置在导通状态，所述控制持续时间(D3)取决于脉宽调制信号(S1)和触发信号(S1)中的至少一个信号。
13.根据权利要求11或12所述的方法，
其中，第二开关(43)将所述第一电容器(36)的第二电极(38)耦合到第四电压端子(49)，并在输出电压(VOUT)的脉冲的峰值之后被设置在导通状态。
14.根据权利要求11至13之一所述的方法，
其中，所述输出电压(VOUT)被施加到第一数量N个激光器(50至53)。
15.根据权利要求14所述的方法，
其中，第一数量N个激光器(50至53)附接到激光器垫(90)，参考电位(GND)被提供给所述激光器垫(90)。
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