CN118137290A - 高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及保护方法，包括：电压采样单元基于多相位最值检测电路在充电和放电时分别对激光器的驱动管输出节点电压进行采样，并输出采样电压；第一检测单元连在充电时基于电压采样单元输出的采样电压判断激光器的光强是否满足探测需求；第二检测单元在放电时基于电压采样单元输出的采样电压判断激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及激光器能否发光。本发明通过保护模块对驱动管输出节点电压进行检测，并判断激光器是否能发光、光强是否满足探测需求以及发光时长是否满足MPE水平，在不正常工作时，发出警报并关闭驱动电路；进而避免对人眼和皮肤造成伤害。

Description

高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法

技术领域

本发明涉及激光器驱动领域，特别是涉及一种高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法。

背景技术

随着人工智能、机器学习的快速发展，当今社会对机器视觉的需求正在从传统的二维图像转向更能代表真实世界的三维图像。在各种无源和有源的三维成像技术中，基于直接飞行时间的激光雷达技术，由于测距范围远、精度较高、受环境影响小等优点而受到广泛关注。

基于直接飞行时间的激光雷达技术的原理是通过向被测物体发射激光，然后再接收物体发射回来的光子，通过计算光子的飞行时间来计算自身与被测物体的距离。在实际应用过程中，长时间的激光照射会使人的眼角膜受到伤害，所以国家对激光器的发光功率是有要求的，最起码要满足MPE水平（maximum permissible exposure，MPE水平是指眼睛或皮肤受到照射后即刻或长时间后无损伤发生的最大照射水平）。但远距离的探测又需要有足够高的激光能量支撑，为了在增大距离的同时不违背人眼安全规定，激光器的光脉冲要越窄越好，峰值功率越高越好。峰值功率高使得激光能到达的距离变远，脉宽窄使得激光的平均功率很低，即不会对人眼造成伤害。

在激光技术领域，高边驱动激光器是常见的一种激光驱动方式，通常将激光器（激光二极管）的高压端连接到激光驱动电路上，电流从激光驱动电路流向激光器；高边驱动激光器能够提供较高的输出电压和功率，适用于需要高电压、高峰值功率和高能量密度的应用。激光器的光脉冲是由激光驱动电路来控制的，这也就意味着，当基于直接飞行时间的高边驱动激光器中激光器或者激光驱动电路出现问题时，芯片和人眼安全将无法保障。因此，如何在高边驱动激光器中实现对输出激光的约束，保护驱动电路使用安全、保护人眼安全，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及保护方法，用于解决现有技术中高边驱动的激光器或者激光驱动电路出现问题时，驱动电路、人眼安全无法得到保障的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种保护模块，用于确保高边驱动的激光器发出的激光安全，所述保护模块至少包括：

所述电压采样单元基于多相位最值检测电路在充电和放电时分别对所述激光器的驱动管输出节点电压进行采样，并输出采样电压；所述多相位最值检测电路包括多相位采样电路及最值比较电路；所述多相位采样电路在充电和放电时分别依次对所述驱动管的输出节点电压进行至少两次采样；所述最值比较电路连接于所述多相位采样电路的输出端，对所述多相位采样电路采样到的信号进行比较，充电时得到采样时段内的采样电压最小值，放电时得到采样时段内的最大值和最小值；

所述第一检测单元连接于所述电压采样单元的输出端，充电时基于所述电压采样单元输出的采样电压判断所述激光器的光强是否满足探测需求；

所述第二检测单元连接于所述电压采样单元的输出端，放电时基于所述电压采样单元输出的采样电压判断所述激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及所述激光器能否发光。

可选地，所述第一检测单元包括第一比较器及第一计数器；

所述第一比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第一基准电压，当所述采样电压的最小值小于所述第一基准电压时判定所述激光器的光强无法满足探测需求，并输出第一检测信号；否则判定所述激光器的光强能满足探测需求；

所述第一计数器连接于所述第一比较器的输出端，当所述第一比较器输出所述第一检测信号时，所述第一计数器对所述第一检测信号进行计时，并在达到第一预设时长时输出第一报警信号；

其中，所述第一基准电压与达到充电下限时驱动管的输出节点电压对应。

可选地，所述第二检测单元包括第二比较器、第三比较器、第二计数器及第三计数器；

所述第二比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第二基准电压，当所述采样电压的最大值大于所述第二基准电压时判定所述激光器的发光时长过长，并输出第二检测信号；否则判定所述激光器的发光时长满足MPE水平；

所述第二计数器连接于所述第二比较器的输出端，当所述第二比较器输出所述第二检测信号时，所述第二计数器对所述第二检测信号进行计时，并在达到第二预设时长时输出第二报警信号；

所述第三比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第三基准电压，当所述采样电压的最小值小于所述第二基准电压时判定所述激光器无法发光，并输出第三检测信号；否则判定所述激光器能发光；

所述第三计数器连接于所述第三比较器的输出端，当所述第三比较器输出所述第三检测信号时，所述第三计数器对所述第三检测信号进行计时，并在达到第三预设时长时输出第三报警信号；

其中，所述第二基准电压与达到放电下限时的驱动管输出节点电压对应，所述第三基准电压与达到放电上限时的驱动管输出节点电压对应。

可选地，所述电压采样单元及所述第一检测单元还接收第一检测控制信号，所述电压采样单元及所述第二检测单元还接收第二检测控制信号；当所述第一检测控制信号或所述第二检测控制信号有效时，所述电压采样单元执行采样操作；当所述第一检测控制信号有效时，所述第一检测单元执行相应操作；当所述第二检测控制信号有效时，所述第二检测单元执行相应操作。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种驱动电路，所述驱动电路至少包括：

驱动控制模块、驱动管、开关管及如上述保护模块；

所述驱动控制模块产生所述驱动管的驱动信号及所述开关管的控制信号；

所述保护模块对所述驱动管及所述开关管的状态进行检测，并产生相应报警信号；

所述驱动管及所述开关管的控制端分别连接所述驱动控制模块的输出端，基于所述驱动信号及所述控制信号控制激光器工作。

可选地，所述驱动电路还包括第一逻辑模块；所述第一逻辑模块基于所述驱动控制模块及所述保护模块的输出信号产生所述驱动管的驱动信号；当所述保护模块未输出报警信号时，基于所述驱动控制模块输出的驱动信号控制所述驱动管；当所述保护模块输出报警信号时，屏蔽所述驱动控制模块的输出信号，以关断所述驱动管。

可选地，所述驱动电路还包括第二逻辑模块；所述第二逻辑模块基于所述驱动控制模块及所述保护模块的输出信号产生所述开关管的控制信号；当所述保护模块未输出报警信号时，基于所述驱动控制模块输出的控制信号控制所述开关管；当所述保护模块输出报警信号时，屏蔽所述驱动控制模块的输出信号，以关断所述开关管。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种高边驱动激光发射端，所述高边驱动激光发射端至少包括：

电源、电容、激光器及上述驱动电路；

所述电源经由所述驱动电路中的驱动管连接于所述激光器的阳极，为所述激光器提供电源电压；

所述电容的上极板连接所述驱动管的输出端，下极板接地；

所述激光器的阴极经由所述驱动电路中的开关管接地；

所述驱动电路控制所述激光器工作。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高边驱动激光发射端的激光安全保护方法，基于上述保护模块实现，所述激光安全保护方法至少包括：

基于驱动管及开关管控制激光器工作，当所述开关管关断时，对所述驱动管的输出节点电压进行采样，获取采样电压，并基于所述采样电压判断所述激光器的光强是否满足探测需求；

当所述开关管导通时，对所述驱动管的输出节点电压进行采样，并基于所述采样电压判断所述激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及所述激光器能否发光；

若所述激光器的光强不满足探测需求、所述激光器的发光时长不满足MPE水平或所述激光器无法发光，则生成对应报警信号。

可选地，判断所述激光器的光强不满足探测需求的条件为：所述采样电压的最小值小于第一基准电压；其中，所述第一基准电压与达到充电下限时驱动管的输出节点电压对应。

可选地，判断所述激光器的发光时长不满足MPE水平的条件为：所述采样电压的最大值大于第二基准电压；其中，所述第二基准电压与达到放电下限时驱动管的输出节点电压对应。

可选地，判断所述激光器无法发光的条件为：所述采样电压的最小值小于所述第三基准电压；其中，所述第三基准电压与达到放电上限时驱动管的输出节点电压对应。

更可选地，所述激光安全保护方法还包括：各条件成立的时长大于对应预设时长，以避免误判；其中，各预设时长大于零。

可选地，在检测控制信号的上升沿执行采样及判断。

可选地，当发出报警信号时关断所述驱动管及所述开关管，进而控制所述激光器停止工作。

如上所述，本发明的高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法，具有以下有益效果：

本发明的高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法通过保护模块对驱动管输出节点电压进行检测，并判断激光器是否能发光、光强是否满足探测需求以及发光时长是否满足MPE水平（包括但不限于驱动管和/或开关管是否损坏），以保证高边驱动激光发射端正常工作；且在驱动电路不正常工作时，发出警报并关闭驱动电路；进而保护驱动电路的使用安全，并使激光器的发光功率满足MPE水平，避免对人眼和皮肤造成伤害。

附图说明

图1显示为本发明的高边驱动激光发射端的一种结构示意图。

图2显示为本发明的保护模块的结构示意图。

图3显示为本发明的高边驱动激光发射端的另一种结构示意图。

图4显示为本发明的高边驱动激光发射端正常工作时驱动管输出节点电压的波形示意图。

图5显示为本发明的高边驱动激光发射端在驱动管导通阻抗过大时驱动管输出节点电压的波形示意图。

图6显示为本发明的高边驱动激光发射端在驱动管与电源短路时驱动管输出节点电压的波形示意图。

图7显示为本发明的高边驱动激光发射端在开关管与参考地短路时驱动管输出节点电压的波形示意图。

图8显示为本发明的高边驱动激光发射端的工作原理示意图。

元件标号说明

1-高边驱动激光发射端；11-电源；12-电容；13-激光器；14-驱动电路；141-驱动控制模块；141a-第一控制单元；141b-第二控制单元；142-保护模块；142a-电压采样单元；14a-第一多相位最值检测电路；14a1-第一多相位采样电路；14a2-第一最值比较电路；14b-第二多相位最值检测电路；14b1-第二多相位采样电路；14b2-第二最值比较电路；142b-第一检测单元；142c-第二检测单元；142d-第一比较器；142e-第一计数器；142f-第二比较器；142g-第二计数器；142h-第三比较器；142i-第三计数器；143-第一逻辑模块；144-第二逻辑模块。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1~图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

基于上述原因，本发明针对高边驱动的激光器，对激光器及驱动电路的工作状态进行检测，确保激光器及驱动电路正常工作，进而使得人眼和皮肤安全得到保障。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种高边驱动激光发射端1，包括：电源11、电容12、激光器13及驱动电路14。

如图1所示，电源11经由驱动电路14中的驱动管M1连接于激光器13的阳极，为激光器13提供电源电压。

如图1所示，电容12的上极板连接驱动管M1的输出端，下极板接地。

如图1所示，激光器13的阴极经由驱动电路14中的开关管M2接地。

具体地，激光器13基于驱动管M1和开关管M2的导通和关断而工作。当开关管M2导通（此时驱动管M1可以导通也可以关断）时，电容12放电，作为电源给激光器13提供电流，激光器13的阴极电位下拉，使落在激光器13上的电压超过其发光的阈值电压VTH，激光器13发光；当开关管M2关断、驱动管M1导通时，电容12处于充电状态，为下一次激光器13的发光做准备。通过激光器13的周期性发光得到激光脉冲。

如图1所示，驱动电路14控制激光器13工作。

具体地，在本实施例中，驱动电路14包括驱动控制模块141、驱动管M1、开关管M2及保护模块142。驱动控制模块141产生驱动管M1的驱动信号及开关管M2的控制信号。驱动管M1的控制端连接驱动控制模块141的输出端，基于驱动信号控制激光器13工作。开关管M2的控制端连接驱动控制模块141的输出端，基于控制信号控制激光器13工作。保护模块142对驱动管M1及开关管M2的状态进行检测，并产生相应报警信号，用于确保高边驱动的激光器正常工作，且发出的激光安全，进而保护人眼和皮肤。

更具体地，作为示例，驱动控制模块141包括第一控制单元141a及第二控制单元141b，第一控制单元141a基于外部输入信号VIN及输出电流（提供给激光器13的电流）的反馈信号产生驱动管M1的驱动信号，第二控制单元141b基于外部输入信号VIN及反馈信号产生开关管M2的控制信号，以此控制驱动管M1和开关管M2导通或关断，进而得到预设脉冲宽度和峰值功率的激光信号，同时确保激光器注入电流的稳定性，不受外部电压波动的影响；在实际使用中可根据需要设置驱动控制模块141的具体结构，能控制驱动管M1及开关管M2，实现对激光器13的驱动即可，不以本示例为限。

更具体地，如图2所示，作为示例，保护模块142包括：电压采样单元142a、第一检测单元142b及第二检测单元142c。

其中，电压采样单元142a基于多相位最值检测电路在电容12充电和放电时分别对高边驱动的激光器13的阳极电压（即驱动管M1的输出节点电压V1）进行采样，输出采样电压。作为示例，电压采样单元142a包括第一多相位最值检测电路14a及第二多相位最值检测电路14b；其中，第一多相位最值检测电路14a包括第一多相位采样电路14a1及第一最值比较电路14a2，第二多相位最值检测电路14b包括第二多相位采样电路14b1及第二最值比较电路14b2。第一多相位采样电路14a1在充电时依次对驱动管M1的输出节点电压V1进行至少两次采样（具体采样次数可根据实际需要设定，包括但不限于4次、5次、7次、10次），第一最值比较电路14a2连接于第一多相位采样电路14a1的输出端，对第一多相位采样电路14a1采样到的信号进行比较，得到对应采样时段内的采样电压最小值。第二多相位采样电路14b1在放电时依次对驱动管M1的输出节点电压V1进行至少两次采样（具体采样次数可根据实际需要设定，包括但不限于4次、5次、7次、10次），第二最值比较电路14b2连接于第二多相位采样电路14b1的输出端，对第二多相位采样电路14b1采样到的信号进行比较，得到对应采样时段内的采样电压的最大值和最小值。

需要说明的是，本发明通过多次采样得到采样信号的最值，再基于最值执行后续的判断，避免一次采样的随机性带来的偏差，进一步提高检测的准确性和激光器的安全性。

第一检测单元142b连接于电压采样单元142a的输出端，充电时基于采样电压判断激光器13的光强是否满足探测需求。作为示例，第一检测单元142b包括第一比较器142d及第一计数器142e。第一比较器142d的第一输入端接收采样电压，第二输入端接收第一基准电压REF1，当采样电压的最小值小于第一基准电压REF1时判定激光器13的光强不满足探测需求，并输出第一检测信号，否则判定激光器13的光强满足探测需求。需要说明的是，当采样电压的最小值小于第一基准电压REF1时认为驱动管M1因损坏而导致导通阻抗变大，电容12充电过低，第一基准电压REF1与达到充电下限（充电低于下限即认为驱动管M1的导通阻抗过大，驱动管M1损坏）时驱动管M1的输出节点电压对应；不同规格的驱动管损坏时的导通阻抗也不相同，第一基准电压REF1的具体数值根据实际需要设定。在本示例中，第一比较器142d的反相输入端接收采样电压，正相输入端接收第一基准电压REF1，当采样电压的最小值小于第一基准电压REF1时，输出高电平信号；在实际使用中，输入端极性与输入信号的对应关系可互换，输出信号有效电平适应性调整即可，在此不一一赘述。第一计数器142e连接于第一比较器142d的输出端，当第一比较器142d输出第一检测信号时，第一计数器142e对第一检测信号进行计时，并在达到第一预设时长时输出第一报警信号A1；在本示例中，第一计数器142e基于工作时钟对第一检测信号进行计数，计数值大于等于1，一般设定为1次~10次，计数值越大越有利于避免电压波动造成的误检，但也会造成报警的不及时，因此，计数值可根据实际需要设定，包括但不限于2次、5次、6次。

第二检测单元142c连接于电压采样单元142a的输出端，放电时基于采样电压判断驱动管M1是否与电源短路和/或开关管M2是否与参考地短路。作为示例，第二检测单元142c包括第二比较器142f、第二计数器142g、第三比较器142h及第三计数器142i。第二比较器142f的第一输入端接收采样电压，第二输入端接收第二基准电压REF2，当采样电压的最大值大于第二基准电压REF2时判定激光器13的发光时长过长（不满足MPE水平），并输出第二检测信号，否则判定激光器的发光时长满足MPE水平。需要说明的是，当驱动管M1损坏而与电源11短路时，电容12的上极板始终与电源11连接，导致开关管M2导通时电容12放电不够，第二基准电压REF2与达到放电下限（最小放电量）时的驱动管输出节点电压对应，第二基准电压REF2的具体数值根据实际需要设定。在本示例中，第二比较器142f的正相输入端接收采样电压，反相输入端接收第二基准电压REF2，当采样电压的最大值大于第二基准电压REF2，输出高电平信号；在实际使用中，输入端极性与输入信号的对应关系可互换，输出信号有效电平适应性调整即可，在此不一一赘述。第二计数器142g连接于第二比较器142f的输出端，当第二比较器142f输出第二检测信号时，第二计数器142g对第二检测信号进行计时，并在达到第二预设时长时输出第二报警信号A2，计时时长与第二计数器142g的计数值相关（作为示例，计数值设定为1次~10次，包括但不限于2次、4次、7次），在此不一一赘述。第三比较器142h的第一输入端接收采样电压，第二输入端接收第三基准电压REF3，当采样电压的最小值小于第二基准电压REF3时判定激光器13无法发光，并输出第三检测信号；否则判定激光器13能发光。需要说明的是，当开关管M2损坏而与参考地短路时，电容12始终处于放电状态，导致电容12放电过低，激光器13无法发光，第三基准电压REF3与达到放电上限（最大放电量）时的驱动管输出节点电压对应，第三基准电压REF3的具体数值根据实际需要设定。在本示例中，第三比较器142h的反相输入端接收采样电压，正相输入端接收第三基准电压REF3，当采样电压的最小值小于第三基准电压REF3，输出高电平信号；在实际使用中，输入端极性与输入信号的对应关系可互换，输出信号有效电平适应性调整即可，在此不一一赘述。第三计数器142i连接于第三比较器142h的输出端，当第三比较器142h输出第三检测信号时，第三计数器142i对第三检测信号进行计时，并在达到第三预设时长时输出第三报警信号A3；计时时长与第三计数器142i的计数值相关（作为示例，计数值设定为1次~10次，包括但不限于2次、4次、7次），在此不一一赘述。

需要说明的是，在实际使用中，任意能基于驱动管的输出节点电压V1判断激光器能否发光、光强是否满足探测需求、发光时长是否满足MPE水平的结构均适用于本发明的保护模块，不以本实施例为限。此外，本发明的保护模块142也不限于与本发明列举的驱动控制模块141、驱动管M1、开关管M2构成驱动电路，任意能实现激光器高边驱动的结构均适用，在此不一一赘述。

如图2所示，作为本发明的另一种实现方式，第一多相位最值检测电路14a及第一检测单元142b还接收第一检测控制信号Ctl1。在电容充电阶段，当第一检测控制信号Ctl1有效（高电平或低电平）时，第一多相位最值检测电路14a开始对驱动管的输出节点电压V1进行采样，第一检测单元142b开始基于采样电压对激光器13的光强是否满足探测需求进行检测和判断。第二多相位最值检测电路14b及第二检测单元142c还接收第二检测控制信号Ctl2。在电容放电阶段，当第二检测控制信号Ctl2有效（高电平或低电平）时，第二多相位最值检测电路14b开始对驱动管的输出节点电压V1进行采样，第二检测单元142c开始基于采样电压对激光器13的发光时长是否过长、激光器13能否发光进行检测和判断。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种高边驱动激光发射端1，与实施例一的不同之处在于，驱动电路14还包括第一逻辑模块143及第二逻辑模块144。实施例一中第一报警信号A1、第二报警信号A2及第三报警信号A3提供给驱动电路14以外的电路或显示装置，用于提示故障的发生；而本实施例中，第一报警信号A1、第二报警信号A2及第三报警信号A3直接用于控制驱动管M1和开关管M2的栅极，在驱动电路14内部实现保护措施的实施。

具体地，第一逻辑模块143的输入端分别连接于驱动控制模块141及所述保护模块142的输出端，输出端连接驱动管M1的栅极，基于驱动控制模块141及保护模块142的输出信号产生驱动管M1的驱动信号。当保护模块142未输出报警信号时，基于驱动控制模块141输出的驱动信号控制驱动管M1；当保护模块142输出报警信号时，屏蔽驱动控制模块141输出的驱动信号，以关断驱动管M1，进而使得高边驱动激光发射端1停止发出激光。

具体地，第二逻辑模块144的输入端分别连接于驱动控制模块141及所述保护模块142的输出端，输出端连接开关管M2的栅极，基于驱动控制模块141及保护模块142的输出信号产生开关管M2的控制信号。当保护模块142未输出报警信号时，基于驱动控制模块141输出的控制信号控制开关管M2；当保护模块142输出报警信号时，屏蔽驱动控制模块141输出的控制信号，以关断开关管M2，进而使得高边驱动激光发射端1停止发出激光。

需要说明的是，第一逻辑模块143与第二逻辑模块144可择一设置，也可以同时设置，即当驱动管M1与开关管M2中任意一个关断时高边驱动激光发射端1停止工作。其它结构及工作原理与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

基于图1及图3的高边驱动激光发射端1可知，驱动电路14在正常工作的状态下，当开关管M2关断时，驱动管的输出节点电压V1被拉高至电源电压与驱动管M1导通阻抗的差值，由于正常状态下驱动管M1的导通阻抗很小，可近似认为，驱动管的输出节点电压V1等于电源电压（此时，驱动管的输出节点电压V1大于达到充电下限时该节点的电压）；当开关管M2导通时，激光器13的阴极被下拉，电容12开始放电（即驱动管的输出节点电压V1逐渐下降），激光器13两端的电压差大于其阈值电压，进而使得激光器13发光（此时，驱动管的输出节点电压V1介于达到放电下限时该节点的电压与达到放电上限时该节点的电压之间）；当开关管M2关断时，电容12重新充电，驱动管的输出节点电压V1再次被拉高，为下一次激光器发光做准备；如图4所示。当驱动电路14工作异常时，一般会有以下三种情况：

1、驱动管M1损坏，导致驱动管导通阻抗过大，此时，驱动管的输出节点电压V1的采样电压处于高电平时的电压低于第一基准电压REF1，导致激光器发光变弱，系统工作不正常，波形如图5所示。

2、驱动管M1损坏，与电源短路，此时，由于放电不够，驱动管的输出节点电压V1的采样电压处于低电平时的电压高于第二基准电压REF2，导致激光器长时间发光，无法保证人眼安全，波形如图6所示。

3、开关管M2损坏，与参考地短路，此时，由于放电过低，驱动管的输出节点电压V1的采样电压处于高电平时的电压低于第一基准电压REF1，处于低电平时的电压低于第三基准电压REF3，导致激光器13无法发光，系统工作不正常，波形如图7所示。

为了避免驱动电路14工作异常对输出激光安全性的影响，本发明还提供一种高边驱动激光发射端1的激光安全保护方法，在本实施例中以实施例一或实施例二的高边驱动激光发射端1进行说明，在实际使用中任意能实现本方法的硬件结构均适用。激光安全保护方法包括：

基于驱动管M1及开关管M2控制激光器13工作，当开关管M2关断时，对驱动管的输出节点电压V1进行采样，获取采样电压，并基于采样电压判断激光器13的光强是否满足探测需求；

当开关管M2导通时，对驱动管的输出节点电压V1进行采样，并基于采样电压判断激光器13的发光时长是否满足MPE水平，以及激光器13能否发光；

若激光器13的光强不满足探测需求、激光器13的发光时长不满足MPE水平或激光器13无法发光，则生成对应报警信号。

具体地，判断激光器的光强不满足探测需求的条件为：采样电压的最小值小于第一基准电压REF1；其中，第一基准电压REF1与达到充电下限时驱动管的输出节点电压对应。进一步地，对采样电压大于第一基准电压REF1的时长进行限定，限定时长大于第一预设时长，以此避免外部干扰导致电压振荡而发生误判；第一预设时长大于零，具体数值可根据实际需要设定，在此不一一赘述。

具体地，判断激光器的发光时长不满足MPE水平的条件为：采样电压的最大值大于第二基准电压REF2；其中，所述第二基准电压与达到放电下限时驱动管的输出节点电压对应。进一步地，对采样电压大于第二基准电压REF2的时长进行限定，限定时长大于第二预设时长，以此避免外部干扰导致电压振荡而发生误判；第二预设时长大于零，具体数值可根据实际需要设定，在此不一一赘述。

具体地，判断激光器13无法发光的条件为：采样电压的最小值小于第三基准电压REF3；其中，第三基准电压REF3与达到放电上限时驱动管的输出节点电压对应。进一步地，对采样电压大于第三基准电压REF3的时长进行限定，限定时长大于第三预设时长，以此避免外部干扰导致电压振荡而发生误判；第三预设时长大于零，具体数值可根据实际需要设定，在此不一一赘述。

如图8所示，在本实施例中，在电容12的充电阶段，当第一检测控制信号Ctl1的上升沿来临时，电压采样单元142a对驱动管M1的输出节点电压V1进行采样，第一比较器142d在第一检测控制信号Ctl1为高时将驱动管M1的输出节点电压V1的采样电压与第一基准电压REF1进行比较，当V1的采样电压低于第一基准电压REF1时输出高电平，第一计数器142e会记录检测到高电平的次数，若次数超过对应设定次数时会发出第一警报。在电容12的放电阶段，当第二检测控制信号Ctl2的上升沿来临时，电压采样单元142a对驱动管M1的输出节点电压V1进行采样，第二比较器142f在第二检测控制信号Ctl2为高时将驱动管M1的输出节点电压V1的采样电压与第二基准电压REF2进行比较，当V1的采样电压高于第二基准电压REF2时输出高电平，第二计数器142g会记录检测到高电平的次数，若次数超过对应设定次数时会发出第二警报；同时，第三比较器142h在第二检测控制信号Ctl2的上升沿来临时将驱动管M1的输出节点电压V1的采样电压与第三基准电压REF3进行比较，当V1的采样电压低于第三基准电压REF3时第三比较器142h输出高电平，第三计数器142i会记录检测到高电平的次数，当次数超过对应设定次数时会发出第三警报。

进一步地，当发出报警信号（第一报警信号、第二报警信号或第三报警信号）时，关断驱动管M1和/或开关管M2，进而控制激光器13停止发光，避免激光对人眼和/或皮肤造成损伤。

综上所述，本发明提供一种高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及保护方法，包括：电压采样单元、第一检测单元及第二检测单元；电压采样单元基于多相位最值检测电路在充电和放电时分别对激光器的驱动管输出节点电压进行采样，并输出采样电压；多相位最值检测电路包括多相位采样电路及最值比较电路；多相位采样电路在充电和放电时分别依次对驱动管的输出节点电压进行至少两次采样；最值比较电路连接于多相位采样电路的输出端，对多相位采样电路采样到的信号进行比较，充电时得到采样时段内的采样电压最小值，放电时得到采样时段内的最大值和最小值；第一检测单元连接于电压采样单元的输出端，充电时基于电压采样单元输出的采样电压判断激光器的光强是否满足探测需求；第二检测单元连接于电压采样单元的输出端，放电时基于电压采样单元输出的采样电压判断激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及激光器能否发光。本发明的高边驱动激光发射端、驱动电路、保护模块及方法通过保护模块对驱动管输出节点电压进行检测，并判断激光器是否能发光、光强是否满足探测需求以及发光时长是否满足MPE水平（包括但不限于驱动管和/或开关管是否损坏），以保证高边驱动激光发射端正常工作；且在驱动电路不正常工作时，发出警报并关闭驱动电路；进而保护驱动电路的使用安全，并使激光器的发光功率满足MPE水平，避免对人眼和皮肤造成伤害。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种保护模块，用于确保高边驱动的激光器发出的激光安全，其特征在于，所述保护模块至少包括：

电压采样单元、第一检测单元及第二检测单元；

所述电压采样单元基于多相位最值检测电路在充电和放电时分别对所述激光器的驱动管输出节点电压进行采样，并输出采样电压；所述多相位最值检测电路包括多相位采样电路及最值比较电路；所述多相位采样电路在充电和放电时分别依次对所述驱动管的输出节点电压进行至少两次采样；所述最值比较电路连接于所述多相位采样电路的输出端，对所述多相位采样电路采样到的信号进行比较，充电时得到采样时段内的采样电压最小值，放电时得到采样时段内的采样电压最大值和最小值；

所述第一检测单元连接于所述电压采样单元的输出端，充电时基于所述电压采样单元输出的采样电压判断所述激光器的光强是否满足探测需求；

所述第二检测单元连接于所述电压采样单元的输出端，放电时基于所述电压采样单元输出的采样电压判断所述激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及所述激光器能否发光。

2.根据权利要求1所述的保护模块，其特征在于：所述第一检测单元包括第一比较器及第一计数器；

所述第一比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第一基准电压，当所述采样电压的最小值小于所述第一基准电压时判定所述激光器的光强无法满足探测需求，并输出第一检测信号；否则判定所述激光器的光强能满足探测需求；

所述第一计数器连接于所述第一比较器的输出端，当所述第一比较器输出所述第一检测信号时，所述第一计数器对所述第一检测信号进行计时，并在达到第一预设时长时输出第一报警信号；

其中，所述第一基准电压与达到充电下限时驱动管的输出节点电压对应。

3.根据权利要求1所述的保护模块，其特征在于：所述第二检测单元包括第二比较器、第三比较器、第二计数器及第三计数器；

所述第二比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第二基准电压，当所述采样电压的最大值大于所述第二基准电压时判定所述激光器的发光时长过长，并输出第二检测信号；否则判定所述激光器的发光时长满足MPE水平；

所述第二计数器连接于所述第二比较器的输出端，当所述第二比较器输出所述第二检测信号时，所述第二计数器对所述第二检测信号进行计时，并在达到第二预设时长时输出第二报警信号；

所述第三比较器的第一输入端接收所述采样电压，第二输入端接收第三基准电压，当所述采样电压的最小值小于所述第二基准电压时判定所述激光器无法发光，并输出第三检测信号；否则判定所述激光器能发光；

所述第三计数器连接于所述第三比较器的输出端，当所述第三比较器输出所述第三检测信号时，所述第三计数器对所述第三检测信号进行计时，并在达到第三预设时长时输出第三报警信号；

其中，所述第二基准电压与达到放电下限时的驱动管输出节点电压对应，所述第三基准电压与达到放电上限时的驱动管输出节点电压对应。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的保护模块，其特征在于：所述电压采样单元及所述第一检测单元还接收第一检测控制信号，所述电压采样单元及所述第二检测单元还接收第二检测控制信号；当所述第一检测控制信号或所述第二检测控制信号有效时，所述电压采样单元执行采样操作；当所述第一检测控制信号有效时，所述第一检测单元执行相应操作；当所述第二检测控制信号有效时，所述第二检测单元执行相应操作。

5.一种驱动电路，其特征在于，所述驱动电路至少包括：

驱动控制模块、驱动管、开关管及如权利要求1-4任意一项所述的保护模块；

所述驱动控制模块产生所述驱动管的驱动信号及所述开关管的控制信号；

所述保护模块对所述驱动管及所述开关管的状态进行检测，并产生相应报警信号；

所述驱动管及所述开关管的控制端分别连接所述驱动控制模块的输出端，基于所述驱动信号及所述控制信号控制激光器工作。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括第一逻辑模块；所述第一逻辑模块基于所述驱动控制模块及所述保护模块的输出信号产生所述驱动管的驱动信号；当所述保护模块未输出报警信号时，基于所述驱动控制模块输出的驱动信号控制所述驱动管；当所述保护模块输出报警信号时，屏蔽所述驱动控制模块的输出信号，以关断所述驱动管。

7.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括第二逻辑模块；所述第二逻辑模块基于所述驱动控制模块及所述保护模块的输出信号产生所述开关管的控制信号；当所述保护模块未输出报警信号时，基于所述驱动控制模块输出的控制信号控制所述开关管；当所述保护模块输出报警信号时，屏蔽所述驱动控制模块的输出信号，以关断所述开关管。

8.一种高边驱动激光发射端，其特征在于，所述高边驱动激光发射端至少包括：

电源、电容、激光器及如权利要求5-7任意一项所述的驱动电路；

所述电源经由所述驱动电路中的驱动管连接于所述激光器的阳极，为所述激光器提供电源电压；

所述电容的上极板连接所述驱动管的输出端，下极板接地；

所述激光器的阴极经由所述驱动电路中的开关管接地；

所述驱动电路控制所述激光器工作。

9.一种高边驱动激光发射端的激光安全保护方法，基于如权利要求1-4任意一项所述的保护模块实现，其特征在于，所述激光安全保护方法至少包括：

基于驱动管及开关管控制激光器工作，当所述开关管关断时，对所述驱动管的输出节点电压进行采样，获取采样电压，并基于所述采样电压判断所述激光器的光强是否满足探测需求；

当所述开关管导通时，对所述驱动管的输出节点电压进行采样，并基于所述采样电压判断所述激光器的发光时长是否满足MPE水平，以及所述激光器能否发光；

若所述激光器的光强不满足探测需求、所述激光器的发光时长不满足MPE水平或所述激光器无法发光，则生成对应报警信号。

10.根据权利要求9所述的激光安全保护方法，其特征在于：判断所述激光器的光强不满足探测需求的条件为：所述采样电压的最小值小于第一基准电压；其中，所述第一基准电压与达到充电下限时驱动管的输出节点电压对应。

11.根据权利要求9所述的激光安全保护方法，其特征在于：判断所述激光器的发光时长不满足MPE水平的条件为：所述采样电压的最大值大于第二基准电压；其中，所述第二基准电压与达到放电下限时驱动管的输出节点电压对应。

12.根据权利要求9所述的激光安全保护方法，其特征在于：判断所述激光器无法发光的条件为：所述采样电压的最小值小于所述第三基准电压；其中，所述第三基准电压与达到放电上限时驱动管的输出节点电压对应。

13.根据权利要求10-12任意一项所述的激光安全保护方法，其特征在于：所述激光安全保护方法还包括：各条件成立的时长大于对应预设时长，以避免误判；其中，各预设时长大于零。

14.根据权利要求9所述的激光安全保护方法，其特征在于：在检测控制信号的上升沿执行采样及判断。

15.根据权利要求9所述的激光安全保护方法，其特征在于：当发出报警信号时关断所述驱动管及所述开关管，进而控制所述激光器停止工作。